DASAR TELEKOMUNIKASIBuku Ajar: 1. John Coolen & Dennis Roddy. Komunikasi Elektronika. Erlangga 2. Lukas Tanutama.Pengantar Komunikasi Data. PT Elex Media Komputindo

TRANSDUSER ELEKTROAKUSTIK

Transduser-transduser elektroakustik (electroacoustic transducer) mengubah ge-

lombang suara menjadi sinyal listrik, dan sebaliknya. Pada ujung pengirim,

gelombang suara diubah menjadi suatu sinyal listrik oleh sebuah mikrofon; dari

berbagai-bagai jenis mikrofon yang banyak digunakan, hanya beberapa jenis saja

yang akan dibahas di sini. Pada ujung penerima, transduser-transduser yang banyak

tersedia untuk mengubah sinyal listrik kembali menjadi gelombang suara adalah

misalnya pesawat penerima telepon, telepon kepala, dan corong atau pengeras

suara (loudspeaker).

1. Mikrofon

Mikrofon adalah transduser elektromekanis yang mengubah perubahan-

perubahan dalam tekanan udara menjadi perubahan-perubahan yang sesuai dalam

sinyal listrik. Berdasarkan prinsip kerjanya, macam-macam mikrofon yang kita kenal

sekarang dapat dikelompokkan ke dalam lima jenis, yaitu resistansi variabel,

reluktansi variabel, induksi kumparan-bergerak (moving-coil induction), kapasitansi

variabel, dan piezoelektris.

Untuk melukiskan kualitas sebuah mikrofon digunakan tiga parameter. Yang per-

tama ialah tingkat keluaran (output level), yang dapat dinyatakan baik sebagai suatu

tingkat keluaran absolut dalam watt, bila suatu sinyal tekanan suara pada 1000 Hz

pada suatu tingkat pedoman (reference) dikenakan pada mikrofon itu; atau dalam

decibel yang dihitung terhadap suatu tingkat keluaran daya standar, dengan kondisi-

kondisi masukan yang sama. Tingkat keluaran daya yang diukur dengan cara ini

1

memberikan suatu ukuran tentang kepekaan (sensitivity) dari mikrofon tersebut.

Respons frekuensi diukur sebagai suatu grafik dari tingkat keluaran dalam decibel

yang diukur terhadap suatu tingkat yang mudah seperti dalam Gambar 3.6 (a), dan

dengan sinyal masukan dipertahankan konstan amplitudonya untuk semua

frekuensi, - terhadap logaritma dari frekuensi. Mikrofon yang ideal mempunyai

respons frekuensi yang rata untuk keseluruhan daerah audio dari 16 Hz hingga 20

kHz, sedangkan di luar daerah ini tidak ada respons samasekali. Dalam praktek,

mikrofon-mikrofon yang sesungguhnya menyimpang cukup jauh dari keadaan ideal

ini.

Kebanyakan mikrofon juga menunjukkan suatu respons yang terarah (directional)

dalam karakteristik pick-upnya. Keterarahan (directivity) ini dibahas dengan cara

yang sama seperti untuk antena, dan diagram-diagram polar dari respons disediakan

untuk setiap unit. Diagram-diagram polar ini biasanya diukur dalam bidang datar

(horizontal), tetapi kadang-kadang juga diberikan dalam bidang tegak (vertical) untuk

mikrofonmikrofon dengan kegunaan khusus. Gambar 3.6 (a) menunjukkan respons

frekuensi untuk beberapa jenis mikrofon, yang menunjukkan juga kepekaan-

kepekaan yang berbeda, sementara Gambar 3.6 (b) memperlihatkan diagram

keterarahan polar untuk suatu mikrofon jenis-kardioid.

Mikrofon karbon, yang digunakan sebagai pengirim dalam pesawat telepon,

adalah suatu unit yang didasarkan pada resistansi-variabel. Ciri-ciri dari jenis ini ialah

respons frekuensi yang terbatas, seperti terlihat dalam Gambar 3.6 (a), resistensi

sumber yang relatif rendah yaitu kira-kira 100 Ω, dan konstruksi yang sangat kuat.

Gambar 3.7 (a) menunjukkan penampang sebuah mikrofon karbon. Mikrofon ini

dibuat dengan sebuah diafragma logam pada salah satu ujung dari sebuah kotak

logam yang berbentuk silinder.

Sebuah penghubung (contact) logam berbentuk plunyer dilekatkan pada diafragma

itu sehingga gerakan diafragma dapat diteruskan melalui plunyer kepada butir-butir

karbon di dalam mikrofon tersebut. Sebuah kontak tetap lain yang terisolasi juga di-

benamkan ke dalam butir-butir karbon untuk membentuk elektroda yang kedua. Bila

suatu gelombang suara yang menekan mengenai diafragma itu, plunyer akan

2

terdorong

(a) Mikrofon karbon(b) Mlkrofon kumparan yang bergerak (c) Mikrofon kristal (jenis sel suara)

GAMBAR 3.6 (a) Karakteristik respons frekuensi dari beberapa jenis mikrofon; (b) Respons terarah polar untuk sebuah mikrefon jenis-kardioid

3

dan memampatkan butir-butir karbon, sehingga menurunkan resistansi kontak di

antaranya. Bila tidak ada tekanan, resistansi akan naik kembali. Suatu arus bias (bias

current) dilewatkan melalui suatu resistor beban luar dari sebuah batere, untuk

memberikan konversi listrik yang dikehendaki, karena dengan mengubah resistansi

diperoleh perubahan yang serupa pada arus.

3.12.3 Loudspeaker Dalam penggunaan-penggunaan yang tidak memerlukan kerahasiaan komunikasi

perorangan, seperti pada pesawat penerima siaran dan jenis jenis tertentu dari

rangkaian telepon, loudspeaker digunakan untuk merubah sinyal-sinyal suara listrik

kembali menjadi gelombang-gelombang suara. Jenis pengeras-suara yang paling

umum digunakan ialah loudspeaker kumparan-bergerak jenis kerucut (cone-type

moving-coil loudspeaker). Penampang pengeras-suara semacam itu diperlihatkan

dalam Gambar 3.12(a). Arus listrik dengan frekuensi-suara mengalir melalui

kumparan kawat (kumparan suara), yang digulung pada sebuah bentuk silindris yang

ditempatkan pada celah udara berbentuk gelang dari susunan magnetisnya. Susunan

magnetis ini dibuat dari sebuah kerangka besi-lunak, yang membentuk satu kepingan

kutub, dan sebuah magnet permanen berbentuk silinder yang sangat kuat. Bila suatu

arus positif dialirkan melalui kumparan, akan timbul suatu gaya di antara kumparan

dan magnet permanen yang menyebabkan kumparan itu bergerak searah dengan

sumbunya ke luar dari susunan sumbu. Ini ditahan sedikit oleh gaya pegas dari

montase laba-laba berombak (corrugated spider mounting), yang menjaga agar

kumparan tetap terletak ditengah-tengah (centered). Bila arusnya membalik, arah

gaya magnetis juga berbalik, dan kumparan ditarik kembali ke dalam susunan kutub.

Bila dialiri dengan arus bolak-balik, kumparan bergerak ke luar-masuk seirama

dengan arus bolak-balik tersebut, Bila kumparan bergerak, kerucut kertas yang

melekat padanya juga bergerak, dan secara berganti-ganti memampatkan dan

memuaikan (compresses and expands) udara di depan pengeras-suara. Resistansi

tekanan udara pada kerucut dan kumparan dicerminkan ke dalam rangkaian listrik

sebagai suatu resistansi beban ekivalen.

4

Gambar 3.12(b) menunjukkan rangkaian ekivalen dari loudspeaker kumparan

bergerak. Dalam rangkaian ini, Rs merepresentasikan resistansi kumparan dc,

sedangkan Ls merepresentasikan induktansi seri efektif dari kumparan. RL adalah ekivalen

listrik dari resistansi beban akustik yang dipikul oleh kerucut, dan Lp adalah induktansi ekiva-

len listrik yang mewakili kepegasan mekanis dari susunan kumparan. Pada frekuensi-

frekuensi yang sangat rendah, XLp akan jauh lebih kecil dari beban akustik efektif RL, dan

keluaran akustik akan berkurang. Pada frekuensi-frekuensi jalur-menengah (midband), XLp

lebih besar dari RL tetapi XLs lebih kecil dari RL, sehingga sebagian besar dari daya masukan

akan disampaikan ke beban akustik. Pada frekuensi-frekuensi yang lebih tinggi, XLs akan

menjadi sangat besar dibandingkan dengan impedansi-impedansi yang lain, sehingga anus ke

beban berkurang, dan berkurang pulalah keluaran akustik.

5

GAMBAR 3.12. Pengeras-pengeras suara: (a) Pengeras suara kumparan-bergerak jenis-kerucut; (b) Rangkaian ekivalen sebuah pengeras-suara; (c) Pengeras suara jenis-terompet.

Derau1. PENGANTAR

Penerimaan suatu sinyal dalam sistem telekomunikasi dapat dirusak oleh derau

(noise), yang mungkin berasal bermacam-macam sumber. Misalnya, satu sumber yang jelas

mungkin berupa hubungan-hubungan yang tidak betul di dalam peralatan, yang pada

prinsipnya dapat dihilangkan.

Derau juga terjadi bila hubungan-hubungan listrik yang mengandung arus di-

putuskan atau ditutup, seperti misalnya dalam sistem pengapian (ignition) mobil atau pada

sikat-sikat (brushes) sebuah mesin listrik. Sekali lagi, pads prinsipnya kebisingan dari

sumber-sumber ini dapat ditekan dengan efektif pads sumbernya.

6

Gejala-gejala alam yang menimbulkan derau misalnya adalah badai listrik, semburan

api matahari (solar flare), dan sabuk-sabuk radiasi (radiation belt) tertentu di ruang angkasa.

Satu-satunya cara yang efektif untuk mengurangi kebisingan semacam itu ialah dengan

penempatan dan pengarahan kembali antena penerima di mana mungkin, untuk membuat

penerimaan kebisingan seminimal mungkin, sementara sinyal yang diterima diusahakan

tidak banyak berkurang.

Selain itu, ada jugs sumber-sumber kebisingan yang alami, atau mendasar, di dalam

peralatan-peralatan elektronik; sumber-sumber ini dinamakan mendasar (fundamental)

karena merupakan bagian yang tak dapat dihindari dari sifat fisik dari bahan-bahan yang

digunakan untuk membuat komponen-komponen elektronik tersebut.

dan lebar-bidang adalah

di manaPn = daya kebisingan rata-rata yang tersedia, watt T = suhu penghantar, okelvin B = lebar-bidang spektrum kebisingan, hertz k = konstanta Boltzmann

= 1,38 x 10-23 joule/kelvin

Hukum yang sangat sederhana tetapi berguna ini dapat dibenarkan atas dasar-dasar fisika. Ini berarti bahwa sebuah penghantar dapat dipandang sebagai suatu pembangkit energi listrik hanya dengan cara berada pada suatu suhu tertentu. Bentuk-gelombang tegangan sesaat/waktu (instantaneous voltage/time) yang khas diperlihatkan dalam Gambar 4.1(a).

7

GAMBAR 4.1. (a) Variasi tegangan/waktu untuk tegangan kebisingan; (b) kerapatan spektrum daya kebisingan untuk kebisingan termis.

Pesawat Penerima

1. PENGANTAR

Pesawat penerima radio melakukan fungsi-fungsi yang berikut ini. Mereka memisah-

kan sebuah sinyal radio yang dikehendaki dari semua sinyal radio lain yang mungkin

diterima oleh antena, dan menolak semua sinyal lain tersebut. Sinyal yang dipisahkan

tersebut kemudian diperkuatnya sampai ke suatu tingkat yang dapat digunakan. Akhirnya,

sinyal suara dipisahkannya dari pembawa (carrier) radio, dan diteruskannya ke pemakai.

Bab ini akan mempelajari prinsip-prinsip kerja dari beberapa pesawat penerima

radio yang umum dipakai, sebagian besar pembahasan didasarkan pada diagram-diagram

blok, sedangkan untuk rangkaian terperinci dari masing-masing blok, pembaca diper-

8

silahkan melihat kembali bab-bab yang terdahulu.

2. PENERIMA SUPERHETERODYNE

Penerima-penerima model lama yang dipakai untuk penerimaan sinyal yang dimo-

dulasi-amplitudo atau sinyal-sinyal telegraf dengan pembawa-yang-terputus-putus

(interrupted-carrier telegraph signals) menggunakan prinsip frekuensi radio yang ditala atau

tuned radio frequency (disingkat TRF). Ini hanya berupa sebuah rantai penguatpenguat,

yang masing-masing ditala pada frekuensi yang sama dan

diikuti oleh sebuah rangkaian detektor. Penerima semacam ini mempunyai

selektivitas sinyal berbatasan yang buruk, terutama bila diharuskan untuk menala

pada cakupan-cakupan frekuensi yang lebar, karena Q dari rangkaian-rangkaian tala

berubah-ubah dengan frekuensi.

Penerima superheterodyne dikembangkan untuk memperbaiki selektivitas

saluran berbatasan (adjacent channel selectivity) ini dengan menempatkan bagian

terbesar dari selektivitas frekuensi pada tingkat-tingkat frekuensi-antara

(intermediate frequency.

9

GAMBAR 7.1. (a) Rangkaian penerima superheterodyne. (b) Spektra sinyal dalam penerima superheterodyne.

IF) setelah konversi frekuensi yang pertama. Adalah jauh lebih mudah untuk mendapatkan selektivitas ini pada IF, karena rangkaian-rangkaian tinggal tetap-ditala pada IF, dan tidak berubah-ubah meskipun dipilih stasiun-stasiun yang berbeda. Prinsip superheterodyne adalah sedemikian bahwa jika dua buah sinyal sinusoida dengan frekuensi yang berbeda dicampur, sehingga keduanya saling mengalikan (multiply) atau saling menambah (add) dan kemudian diteruskan lewat sebuah rangkaian dengan fungsi transfer tidaklinear, maka sinyal keluaran akan mengandung komponen-komponen sinyal pada frekuensi-frekuensi yang merupakan jumlah, selisih, dan masing-masing dari kedua frekuensi asal tersebut. Juga akan terdapat campuran-campuran harmonisa dari sinyal-sinyal ini, tetapi jika kedua frekuensi dasar dipilih dengan hati-hati, ini tidak akan saling mengganggu (interfere).

Prinsip inilah yang menjadi dasar dari modulasi amplitudo dan semua proses

konversi-frekuensi - seperti misalnya, multipleks frekuensi dari saluran-saluran

telepon. Penerima siaran superheterodyne adalah penerapan yang orisinil dari

prinsip ini, dan masih merupakan salah ,,satu yang terbesar. Istilah

"superheterodyne" adalah singkatan dari "supersonic heterodyne", yang dapat

diartikan sebagai pembangkitan frekuensi-frekuensi campuran (beat frequencies) di

atas batas pendengaran.

10

Penerima superheterodyne dasar dilukiskan dalam Gambar 7.1. Tingkat pertama

adalah sebuah penguat RF ditala, yang kegunaan utamanya adalah untuk

memperbaiki perbandingan S/N (lihat Bagian 4.9.1). Tingkat ini juga memberikan

sedikit perbaikan dalam selektivitas RF dan penurunan pancaran kembali dari

osilator (oscillator re-radiation). Tetapi, pada penerima-penerima yang murah

tingkat ini biasanya ditiadakan. Keluaran dari tingkat RF tala diumpankan ke

masukan sinyal dari sebuah rangkaian osilator-penyampur di mana terjadi

pembangkitan frekuensi-frekuensi campuran (heterodyning). Rangkaian osilator

biasanya ditala dengan penalaan kapasitansi, dan ketiga kapasitor tala (tuning

capacitor) disatukan (ganged) secara mekanis pada sebu sumbu dan tombol

pengaturan bersama. Osilator dan penyampur dapat me an rangkaianrangkaian

terpisah, atau dapat juga dikombinasikan seperti dalam rangkaian penyampur

autodyne.

Keluaran penyampur (frekuensi selisih untuk konversi-ke bawah dalam

penerima) diumpankan ke dua buah penguat tala IF, yang ditala-tetap dan

mempunyai cukup selektivitas untuk menolak sinyal-siny'al dari saluran yang

berbatasan. Keluaran dari penguat IF dimasukkan ke detektor, di mana sinyal audio

dihasilkan kembali, atau didemodulasi (demodulated). Detektor juga menyediakan

sinyal-sinyal untuk pengaturan perolehan otomatis. (automatic gain control = AGC)

dalam penerima-penerima AM, atau pengaturan frekuensi otomatis (automatic

frequency control = AFC) dalam penerima-penerima FM. Sinyal AGC dikenakan pada

satu atau beberapa dari penguat IF dan RF, sedangkan sinyal AFC digunakan untuk

membetulkan frekuensi osilator lokal. Keluaran audio diteruskan melalui sebuah

pengatur volume ke penguat audio, yang biasanya terdiri dari satu penguat

tegangan tingkat-rendah yang diikuti oleh sebuah penguat daya, dan akhirnya

dihubungkan ke sebuah pengeras suara.

11

Modulasi Amplituda

1. PENGANTAR

Memodulasi berarti mengatur, atau menyetel, dan dalam telekomunikasi 12

tepatnya ini berarti mengatur suatu parameter dari suatu pembawa (carrier)

frekuensi-tinggi dengan pertolongan sinyal informasi yang berfrekuensi lebih

rendah. Keperluan akan modulasi mula-mula timbul dalam transmisi radio dari

sinyal-sinyal frekuensi rendah (misalnya frekuensi audio). Didapatkan bahwa untuk

radiasi yang efisien, dimensidimensi antena harus kira-kira sama orde besarnya

dengan panjang-gelombang (wavelength) dari sinyal yang sedang dipancarkan.

Seperti ditunjukkan dalam Apendiks B, Persamaan (B.4), frekuensi f dan panjang-

gelombang λ dari sebuah gelombang elektromagnetis dihubungkan dengan

kecepatan cahaya c oleh

f λ = c (B.4)

Kebanyakan sinyal-sinyal informasi frekuensi-rendah mempunyai frekuensi

dalam orde I kHz, dan karena gelombang-gelombang elektromagnetis bergerak

dalam ruang angkasa dengan kecepatan cahaya, panjang gelombangnya akan sama

dengan

sekitar 188 mil. Jelas bahwa tidak mungkin untuk membuat antena dengan ukuran

ini.

Masalah ini diatasi dengan menggunakan sinyal frekuensi-rendah tersebut untuk

memodulasi sebuah sinyal frekuensi-tinggi yang dinamakan gelombang pembawa

(carrier wave), yang kemudian dipancarkan. Gelombang pembawa adalah selalu

berbentuk sinusoida, dan perubahan tegangan-waktu dari gelombang dapat

dinyatakan dengan persamaan

e = Ec maks sin (ωct + θ) (8.1)

Parameter-parameter dari gelombang ini yang dapat dimodulasi adalah (1) Ecmaks

untuk modulasi amplitudo; (2) fc (atau c = 2πfc) untuk modulasi frekuensi; (3) θ

untuk modulasi fasa. Modulasi frekuensi dan fasa keduanya masuk dalam kategori

umum modulasi sudut, yang akan dibahas dalam Bab 10.

13

λ

Modulasi juga membawa kita ke pengembangan suatu bentuk transmisi yang

dikenal sebagai frequency-division multiplexing, yang akan dibicarakan dalam Bab 9.

Sebagian besar dari sifat-sifat penting modulasi amplitudo dapat dipelajari

dengan menggunakan asumsi bahwa sinyal (frekuensi-rendah) yang memodulasi

adalah sebuah gelombang sinus atau kosinus (setelah ditunjukkan dalam Bab 2 dan 3

bahwa sinyalsinyal dasar yang sesungguhnya terdiri dari rentetan gelombang-

gelombang sinus (kosinus). Jika tidak dinyatakan yang lain, sinyal yang memodulasi

akan direpresentasikan dengan

em = Em maks sin ωmt (8.2)

ωm = 2πf m

2. MODULASI AMPLITUDA

Bila suatu gelombang pembawa dimodulasi amplituda, maka amplituda bentuk-

gelombang tegangan pembawa dibuat berubah sebanding dengan tegangan yang

memodulasi, sehingga

ec = (Ec maks + em)sin ωct (8.3)

di mana e adalah tegangan sesaat dari sinyal yang dimodulasi, Ecmaks tegangan

pembawa puncak tanpa modulasi, dan em tegangan modulasi sesaat

(instantaneous).

Gambar 8.1 memperlihatkan perubahan-perubahan dengan waktu dari sinyal

yang dimodulasi untuk satu siklus, dengan memisalkan bahwa baik pembawa

maupun sinyal modulasi adalah berbentuk sinusoida. Puncak-puncak dari siklus

pembawa dapat dihubungkan sehingga membentuk sebuah gelombang selubung

(envelope wave), yang diberikan oleh

eenv = Ec maks + em (8.3)

di mana eenv adalah nilai sesaat dari bentuk gelombang selubung.

14

GAMBAR 8.1. Bentuk gelombang sebuah sinyal yang dimodulasi-amplitudo.

Dengan menggantikan em dari Persamaan (8.2) ke dalam Persamaan (8.4) dan eenv dari

Persamaan (8.4) ke dalam Persamaan (8.3), maka tegangan sinyal yang dimodulasi

menjadi

e = eenv sin ωct

= (Ec maks + Em maks sin ωct ) sin ωct (8.5)

Suatu ukuran modulasi yang berguna ialah indeks modulasi m, yang didefinisikan sebagai Em maks

m = ──── (8.6) Ec maks

Sebagai fungsi m, Persamaan (8.5) dapat dituliskan sebagai

e = (Ec maks (1+ m sin ωmt ) sin ωct (8.7)

Tanpa kehilangan sifat umumnya, amplitudo pembawa dapat dimisalkan sama dengan 1 V,

sehingga Persamaan (8.7) menjadi

e = (1+ m sin ωmt ) sin ωct (8.8)

Persamaan (8.8) diberikan sketsanya dalam Gambar 8.2 untuk tiga nilai m yang berbeda.

Akan terlihat bahwa untuk m lebih besar daripada satu, puncak-puncak dalam (inward) dari

selubung terpotong, ketika pembawa hilang sama sekali karena rangkaian modulator

15

eenv = Ec maks + em

Ec maks

0

Ec maks

didorong ke cutoff. Keadaan ini.harus dicegah, karena akan menimbulkan cacat pada sinyal

modulasi; cacat semacam ini jugs menghasilkan suatu. bentuk interferensi yang dikenal

sebagai percikan jalur-sisi (sideband splatter), yang akan diuraikan dalam bagian yang

berikut:

Nilai m yang terkecil jelas adalah nol (bersesuaian dengan Emmaks= 0), sehingga batas-

batas praktis pada m dapat dinyatakan dengan mudah sebagai 0 ≤ m≤ 1.

2.1 Spektrum Frekuensi

Ide tentang sebuah spektrum telah diperkenalkan dalam Bab 2, di mana

diperlihatkan bahwa spektrum menunjukkan amplitudo dan frekuensi dari

gelombang-gelombang

16

GAMBAR 8.2. Bentuk-gelombang tegangan keluaran yang dimodulasi untuk berbagai-bagai nilai dari indeks modulasi m: (a) untuk m = 0.5 (dimodulasi kurang); (b) untuk m = 1,0 (dimodulasi penuh); (c) untuk m > 1.0 (dimodulasi lebih).

sinus dan kosinus komponen yang bersama-sama membentuk sebuah gelombang yang

kompleks. Gelombang yang dimodulasi-amplitudo dari Persamaan (8.8) adalah kompleks,

dan karena itu dapat juga diuraikan ke dalarn komponen-komponen sinus dan kosinus:

yang diperoleh dengan menggunakan identitas trigonimetris:

Persamaan (8.9) terdiri dari tiga komponen terpisah, yang dapat dipandang sebagai

17

tiga buah generator sinusoida sendiri-sendiri yang dihubungkan seri, seperti terlihat dalam

Gambar 8.3(a). Suku pertama di sisi sebelah kanan jelas adalah gelombang pembawa

dengan amplitudo 1 V dan frekuensi fc karena wc = 2πfc. Suku kedua adalah gelombang

kosinus dengan amplitudo ½m, dan frekuensi fc - fm, karena ωc – ωm = 2π ( fc - fm ). Komponen

ini dikenal sebagai frekuensi sisi yang lebih rendah (lower side frequency). Suku ketiga

adalah juga suatu gelombang kosinus dengan amplitudo Zm, dan frekuensi fc - fm. Ini dikenal

sebagai komponen frekuensi sisi yang lebih tinggi (upper side frequency). Spektrum yang

merepresentasikan gelombang yang dimodulasi amplitudo diperlihatkan dalam Gambar

8.3(b). Perlu diingat bahwa Ecmak~ telah ditetapkan sama dengan 1 V. Untuk nilai-nilai lain dari

Ecmax, tinggi dari panah-panah spektrum harus diberi skala yang sesuai.

Analisis frekuensi yang dinyatakan oleh Persamaan (8.9) adalah lebih dari sekedar

perhitungan matematik yang menarik, dan nyatanya, salah satu dari cara-cara praktis yang

paling penting dari transmisi sinyal, yang dikenal sebagai transmisi jalur-sisi-tunggal (single

sideband transmission), adalah didasarkan pada analisis ini (metoda-metoda jalur-sisi-

tunggal dilukiskan dalam Bab 9).

Contoh 8.1 Sebuah gelombang pembawa dengan frekuensi 10 MHz dan nilai puncak 10 V

dimodulasi amplitudo oleh sebuah gelombang sinus 5-kHz dengan amplitudo 6 V.

Tentukanlah indeks modulasi, dan gambarkanlah spek tururnnya.

Penyelesaian Dari Persamaan (8,6)

Frekuensi-frekuensi sisi adalah 10 ± 0,005 = 10,005 dan 9,995 MHz. Ampktudo dari

masing-masing frekuensi sisi, menurut Persamaan (8.9) adalah (m/2) Ecmaks (perhatikan

bahwa ini adalah sama dengan (1/2) Emmaks maks yang adalah 3V. Spektrumnya diperlihatkan

dalam Gambar 8.3.(c).

18

GAMBAR 8.3. (a) Representasi generator dari suatu gelombang yang dimodulasi; (b)

spektrum sebuah bentuk-gelombang yang dimodulasi 100%; (c) spektrum sebuah

pembawa 10-MHz yang dimodulasi 50% dengan suatu sinyal 5-kHz.

2.2. Daya rata-rata

Persarnaan (8.9) dapat dinyatakan dengan sedildt berbeda sebagai

19

yang untuk singkatnya dapat ditulis sebagai

e = eC + eL = ev (8.11)

di manaeC = tegangan pembawa sesaateL = tegangan frekuensi sisi bawah sesaat ev = tegangan frekuensi sisi atas sesaat

Daya sesaat yang ditimbulkan oleh gelombang yang dimodulasi pada sebuah resistor R adalah

Suku-suku yang dikuadratkan merepresentasikan daya sesaat dari masing-masing

gelombang komponen. Daya rata-rata dalam sebuah sebuah gelombang sinus atau

kosinus adalah Pav = E2/R, di mana E adalah tegangan rms. Tegangan pembawa rms

adalah Ec = 0,707 Ecmaks dan daya rata-rata yang berkaitan dengan suku kuadrat

pertama (pembawa) pada sisi sebelah kanan dari Persamaan (8.12) dapat ditulis

sebagai

Tegangan frekuensi sisi rms adalah E, = 0,707 (1/2m) Ecmaks = 1/2mEc, dan karena

itu daya rata-rata pada masing-masing komponen frekuensi sisi (berkaitan dengan

sukusuku daya sesaat, yang kedua dan ketiga sisi sebelah kanan dari Persamaan

(8.12) adalah

20

Sekarang dengan meninjau suku-suku perkalian-silang dari Persamaan (8.12) (yang

terletak di antara tanda kurung), dengan cara yang sama seperti pads Persamaan

(8.9) dapat diperlihatkan dengan mudah bahwa suku-suku perkalian-silang ini

dapat dinyatakan sebagai jumlah dan selisih dari gelombang-gelombang sinus dan

kosinus. Ini berarti bahwa daya sesaat yang direpresentasikan oleh masing-masing

suku perkalian-silang adalah juga berbentuk sinusoida (atau kosinusoida), dan

karena itu, nilai rata-ratanya adalah nol. Daya rata-rata total PT dalam gelombang

yang dimodulasi karena itu terdiri dari jumlah rata-rata komponen masing-masing:

Karena itu,

Untuk modulasi 100%, m, = 1, daya rata-rata pada salah satu dari frekuensi sisi, dari Persamaan (8.14), adalah

Dan juga dari Persamaan (8.16), daya rata-rata total adalah

Karena itu, perbandingan dari daya frekuensi sisi tunggal terhadap daya total

adalah 1/6. Karena frekuensi sisi mengandung semua informasi tentang sinyal

modulasi (amplitudo dan frekuensi), maka sebenarnya hanya satu frekuensi sisi saja

yang perlu dipancarkan, yang akan mengakibatkan penggunaan yang jauh lebih

efisien dari daya yang dipancarkan. Sudah tentu, dalam praktek sinyal modulasi akan

sangat kompleks, sehingga perbandingan daya 1/6 tidak akan selalu benar; dan jugs,

yang harus dipancarkan adalah sebuah jalur-sisi (sideband) seperti yang telah

dibicarakan dalam Bagian 2.4, dan bukannya hanya satu frekuensi saja. Tetapi secara

umum masih tetap benar bahwa dengan transmisi jalur-sisi-tunggal, diperoleh

penggunaan yang lebih efisien dari daya yang dipancarkan.

21

2.3 Tegangan dan Arus Efektif

Misalkan bahwa E adalah tegangan efektif, atau rms, dari gelombang yang di-modulasi; maka daya rata-rata-total PT dapat-dinyatakan sebagai

Dengan membandingkan ini dengan Persamaan (8.16), diperoleh

Dimana Ec adalah tegangan rms dari pembawa tanpa modulasi. Karena itu dari Persamaan (*.20) didapatkan

22

GAMBAR 8.4. Spektrum frekuensi dari suatu sinyal pembawa AM yang dimodulasi

dengan sinyal yang mengandung beberapa frekuensi: (a) spektrum yang

mengandung frekuensi-frekuensi modulasi dengan hubungan harmonisa; (b)

spektrum yang mengandung frekuensi-frekuensi modulasi tanpa hubungan apapun;

(c) representasi jalur modulasi untuk suatu sinyal modulasi kompleks seperti pada

musik atau pembicaraan.

23

Modulasi Jalur Sisi Tunggal(Single Side Band = SSB)

1. PENGANTAR

Dalam tahun-tahun terakhir ini komunikasi pada jalur HF sudah menjadi semakin

ramai, sehingga diperlukan-jarak antar sinyal yang lebih dekat dalam spektrum.

Sistem jalur sisi-tunggal (single sideband system), yang hanya memerlukan setengah

dari lebarjalur sebuah sinyal AM biasa dan dengan demikian juga daya yang jauh

lebih kecil, karena itu digunakan secara luas dalam bagian spektrum ini.

Telah ditunjukkan dalam Bagian 8.2.2 bahwa semua informasi modulasi yang

perlu untuk transmisi sinyal dan diperolehnya kembali sinyal tersebut terdapat pada

masingmasing jalursisi dari suatu sinyal yang dimodulasi-amplitudo. Ditunjukkan juga

bahwa pads modulasi sinusoida 100%, hanya 1/6 dari daya total terdapat pada

masing-masing jalursisi, sementara yang 2/3 lagi ada pada sinyal pembawa, yang

tidak mengandung informasi. Jadi, jika pembawa dan ralah satu jalursisi dapat

dihapuskan dari sinyal sebelum transmisi, hanya setengah dari lebar jalur diperlukan

untuk transmisi (yang sesuai dengan frekuensi modulasi maksimum yang akaii

dipancarkan), dan hanya 1/6 dari daya total yang perlu dipancarkan untuk tingkat

sinyal yang sama. Suatu perbandingan dari spektra sinyal dari sinyal-sinyal AM

lengkap (DSBFC = double-sideband full carrier) dengan jalursisi-ganda pembawa

ditekan (DSBSC = double-sideband suppressed carrier) dan dengan sinyal-sinyal

jalursisi-tunggal pembawa ditekan (SSBSC = single-sideband

24

GAMBAR 9.1. Spektra sinyal yang dimodulasi-amplitudo: (a) Jalursisi-ganda

pembawa lengkap (DSBFC); (b) Jalursisi-ganoa pembawa ditekan (DSBSC); (c)

Jalursisi-tunggal mbawa ditekan (SSBSC), yang menggunakan jalursisi atas (USB =

upper sideband); (d) SSBSC wang menggunakan jalursisi bawah (LSB = lower

sideband) I.

suppressed carrier) yang menggunakan salah satu jalursisi ditunjukkan dalam

Gambar 9.1. Perhatikan bahwa dalam (c) dan (d) hanya terdapat satu jalursisi, dan

bahwa itu hanya memerlukan setengah lebar jalur dari (a) atau (b).

2. PRINSIP-PRINSIP SINGLE SIDE BAND

Persamaan (8.9) menunjukkan bahwa suatu sinyal yang dimodulasi sinusoida

biasa mengandung tiga komponen, pada suatu frekuensi sisi atas, pada frekuensi sisi

bawah, dan pada frekuensi pembawa. Lebih lanjut, sinyal ini adalah ekivalen dari

sinusoida pembawa yang dikalikan dengan sinyal modulasi dan ditambah dengan

suatu komponen dc.

25

Kedua frekuensi sisi sepenuhnya disebabkan oleh perkalian dari pembawa dan si-

nyal modulasi, sedangkan suku pembawa hanya disebabkan oleh adanya ketidak-

seimbangan dc dalam sinyal modulasi. Karena itu, jika rangkaian modulasi dapat

dibalans sehingga suku dc ditiadakan, tetapi suku perkalian tetap ada keluaran

akan

mengandung hanya dua suku jalursisi, seperti ditunjukkan dalam Persamaan (9.1).

Rangkaian semacam ini dinamakan suatu "modulator balans" (balanced modulator),

dan beberapa rangkaian modulator balans akan dibicarakan dalam bagian-bagian

yang berikut.

Metoda pertama untuk membangkitkan suatu sinyal SSB diturunkan langsung

dari prinsip yang disebutkan di atas. Rangkaian terdiri dari sebuah modulator balans

yang menghilangkan pembawa, dan diikuti oleh sebuah filter bandpass yang

menghapuskan jalursisi yang tidak dikehendaki. Baik jalursisi atas maupun jalursisi

bawah dapat digunakan, asal saja penerima dapat diatur untuk mendemodulasi

salah satu dengan semestinya.

Demodulasi suatu sinyal SSB dapat dilaukan dengan mengalikannya dengan

suatu tegangan pembawa yang dibangkitkan secara'lokal pada penerima. Detektor-

detektor yang menggunakan prinsip ini dikenal sebagai "detektor-detektor hasilkali"

(product detector), an kebanyakan rangkaian modulator balans dapat juga igun an

untuk maksud ini, karena mereka juga bergantung pada proses perkalian dalam

operasinya. Adalah penting bahwa dibuat sedekat mungkin serempak dalam 26

frekuensi dan fasa dengan pembawa aslinya, seperti yang akan dibicarakan lebih

lanjut dalam Bagian 9.5. Untuk memperagakan bahwa proses perkalian

mendemodulasi jalursisi tunggal yang masuk, tinjaulah suatu frekuensi sisi bawah AL

cos (ωc - ωm)t, di mana amplituda AL adalah sebanding dengan amplitudo dari sinyal

modulasi Emmaks. Dengan memperkalikannya dengan suatu gelombang pembawa

sin ct dihasilkan lah

bahwa amplitudo dari sinyal informasi yang didemodulasi adalah sebanding dengan

amplitudo dari frekuensi sisi yang diterima. Komponen-komponen di sekitar

harmonisa pembawa dapat dihilangkan dengan mudah dengan filter low pass.

3. MODULATOR BALANSModulator balans adalah jantung dari semua metoda-metoda modulasi dan

demodulasi SSB. Setiap rangkaian yang pada keluarannya dapat menghasilkan hasilkali

(product) dari dua sinyal masukan yang terpisah sebagai salah satu dari suku-sukunya, dapat

digunakan sebagai suatu modulator balans. Tiga buah rangkaian semacam ini akan dibica-

rakan di sini.

4. PEMBANGKITAN SSB

4.1 Metoda Modulator-Filter Balans

Bentuk yang paling tua dari pemancar SSB menggunakan sebuah rangkaian

modulator balans untuk membangkitkan sinyal DSBSC yang kemudian diikuti oleh

27

"filter-filter jalursisi", yaitu filter-filter bandpass sempit yang hanya meneruskan

jalursisi frekuensifrekuensi yang dikehendaki. Sistem dalam Gambar 9.5(a)

menunjukkan pemancar semacam itu yang menggunakan filter-filter bandpass

untukmenghapuskan jalursisi yang tidak dikehendaki. Modulasi awal terjadi pada

suatu frekuensi rendah seperti misalnya 100 kHz karena kesukaran dalam

mendapatkan filter~filter bandpass dengan karakteristik tajam yang diperlukan pada

frekuensi pemancar. Sebuah rangkaian modulator balans melaksanakan modulasi

pertama ini, dan menghasilkan suatu sinyal yang mengandung kedua jalursisi tetapi

tanpa pembawa. Biasanya disediakan sebuah filter bandpass SSB, dan operator

dapat memilih jalursisi yang memberikan hasil terbaik dengan menswitch masuk

suatu kristal pembawa yang lain untuk memindahkan frekuensi pembawa ke ujung

yang lain dari passband. Sebuah penyampur balans dan osilator kristal memberikan

konversi-ke atas ke frekuensi akhir pemancar, dan sebuah penguat RF linear menye-

diakan penguatan daya keluaran. Harus digunakan penguat-penguat linear untuk

mencegah timbulnya cacat jalursisi dan kemungkinan dibangkitkannya kembali

jalursisi kedua.

GAMBAR 9.5. Pemancar SSBSC yang menggunakan filter-filter bandpass untuk menghapuskan jalursisi yang tidak dikehendaki.

5. PENERIMAAN SSB

Dari Bagian 2 telah dicatat bahwa bila suatu sinyal SSB dikaiixan dengan suatu

sinyal pembawa serempak, hasilnya akan mengandung sinyal modulasi yang ash.

Dalam praktek, demodulasi diperoleh dengan menggunakan salah satu dari detektor

hasilkali atau rangkaian-rangkaian modulator balans yang ditambah dengan filter-

28

filter jalursisi IF dengan cutoff tajam untuk memilih jalursisi yang dikehendaki dari

sinyal-sinyal yang diterima.

Karena sinyal yang masuk dan sinyal pembawa lokal harus tetap sedekat

mungkin serempak dalam frekuensi untuk menghindari cacat yang berat, perlu

disediakan kestabilan yang baik pada osilator demodulasi akhir; untuk osilator

pertama harus disediakan kestabilan yang baik sekali atau pengatur frekuensi

otomatis (AFC). Untuk mendapatkan kestabilan ini digunakan osilator-osilator kristal

atau penyusun-penyususn frekuensi (frequency synthesizers).

Karena sinyal-sinyal SSB biasanya diatur dekat sekali satu dengan yang lain di

dalam spektrum frekuensi, diperlukan selektivitas saluran berbatasan yang sangat

baik. Konversi ganda hampir selalu digunakan dalam penerima-penerima SSB.

Osilator penyampur kedua biasanya adalah sebuah osilator kristal yang juga

menyediakan sumber frekuensi primer untuk demodulator akhir (melalui pengali-

pengali atau pembagi-pembagi).

Di dalam komunikasi digunakan beberapa variasi dari SSB. Pertama-tama,

salah satu dari jalursisi atas atau bawah dapat digunakan untuk saluran informasi,

atau dalam hal jalursisi yang berdiri sendiri (independent), kedua jalursisi dapat

digunakan, yaitu satu untuk masing-masing saluran. Berikutnya, suatu pembawa

lengkap atau pembawa yang ditekan sebagian dapat dipancarkan, bahkan pembawa

mungkin seluruhnya ditekan.

Gambar 9.8 menunjukkan diagram blok dari sebuah penerima komunikasi

yang khas yang dirancang untuk digunakan dalam penerimaan SSB dalam cakupan

HF dari 3 hingga 30 MHz. Kecuali osilator-osilator lokalnya, rangkaian adalah sesuai

dengan standar untuk penerima konversi-ganda sampai ke keluaran dari penguat IF

kedua. IF pertama adalah pada 2,2 MHz, dengan lebar jalur 10 kHz, sedangkan IF

kedua adalah 200 kHz, juga dengan lebar jalur 10 kHz. Osilator lokal pertama dan

penguat RF ditala secara manual, dalam dua jalur yang dapat dipindahkan (diswitch).

Osilator lokal kedua adalah sebuah osilator kristal pada 2,0-MHz. Keluarannya dibagi

dengan sepuluh dalam sebuah rangkaian counter digital untuk memberikan sinyal

pedoman 200-kHz untuk dimodulator.

Penguat IF kedua diikuti oleh dua buah filter, satu untuk masing-masing

29

jalursisi dengan bandpass selebar 4 kHz. Jalursisi yang cocok dipilih dengan sebuah

sakelar, dan ini merupakan masukan yang lain ke detektor, yang adalah sebuah

detektor (demodulator) hasilkali. Keluaran detektor diteruskan lewat sebuah

penguat audio yang diberi gerbang (gated), yang akan mematikan sinyal keluaran

untuk menekan kebisingan bila tingkat sinyal jatuh di bawah suatu nilai minimum

(squelch). Sinyal IF yang diperkuat disearahkan untuk menyediakan tegangan AGC

untuk rangkaian squelch dan penguatpenguat RF dan IF.

Penerima-penerima variabel manual seperti ini kadang-kadang sukar

digunakannya. Osilator demodulator adalah cukup stabil, tetapi osilator lokal

pertama juga harus stabil dan variabel. Setiap perubahan pada osilator pertama ini

akan menyebabkan sinyal

30

SSB bergerak relatif terhadap pembawa demodulasi dan menimbulkan efek

distorsi yang sukar untuk dikendalikan. Tersedianya penyintesis frekuensi

digital dalam bentuk IC dengan harga yang pantas, yang dapat dikemudikan

dengan kristal untuk kestabilan yang baik, telah memungkinkan dibuatnya

penerima-penerima SSB yang sangat baik dengan harga yang pantas pula.

Salah satu penerapan yang terbesar dari teknik ini ialah dalam transceiver-

transceiver Jalur Antar - Penduduk bersaluran-majemuk (multichannel Citizens

Band transceivers).

6. SISTEM-SISTEM SSB YANG DIRUBAH

1. SSB Pembawa Pemandu

Sistem SSB pembawa pemandu (pilot carrier SSB system) diatur sedemikian

31

sehingga suatu sinyal pembawa dengan tingkat rendah ikut dipancarkan bersama

jalursisi tunggal, pads tempat yang semestinya dalam spektrum, tetapi pada tingkat

yang jauh lebih rendah daripada yang seharusnya untuk hal transmisi DSBFC.

Pembawa pemandu ini digunakan pada penerima untuk membuat osilator lokal

demodulator serempak dengan pembawa aslinya, sehingga dengan demikian banyak

sekali memperbaiki kerja demodulator.

Gambar 9.9(a) dan (b) menunjukkan sebuah pemancar radio dan penerima

pembawa pemandu SSB, sedangkan Gambar 9.9(c) memperlihatkan spektra frekuensi

dari sinyal-sinyal pada berbagai titik di dalam sistem. Sinyal audio, yang mungkin

adalah suatu saluran telepon dalam daerah 0 - 4 kHz (A), dimasukkan ke modulator

balans untuk menghasilkan jalursisi Jalursisi atas dan bawah di sekitar kedudukan

pembawa pada 100 kHz (B). Sebuah filter jalursisi atas melewatkan jalursisi atas di

antara 100 - 104 kHz, yang kemudian ditambah dengan sebagian dari pembawa

setelah melalui sebuah atenuator, untuk menghasilkan sinyal (C). Tingkat pembawa

yang disisipkan kembali diatur melalui atenuator tersebut. Sinyal ini kemudian

dimodulasikan pada suatu pembawa 2900 kHz oleh sebuah modulator balans kedua

yang bekerja sebagai penyampur untuk menghasilkan suatu jalursisi atas dengan

sinyal-sinyal antara 3000 dan 3004 kHz serta sebuah jalursisi bawah antara 2800 -

2796 kHz (D). Sebuah filter bandpass melewatkan jalursisi atas dan menolak jalursisi

bawah sehingga didapatkan sinyal (E), yang kemudian diperkuat dan dipancarkan.

Pada penerima, sinyal 3 MHz ditangkap, diperkuat dan dikonversi-ke bawah

menjadi IF pada 100 ± 5 kHz, yang menghasilkan pembawa pemandu pada 100 kHz

dan sinyal USB dalam daerah 100 - 104 kHz (F). Sinyal ini diteruskan lewat sebuah filter

jalursisi atas ke modulator balans, dan lewat sebuah filter bandpass yang sangat

sempit pads 100 kHz dan kemudian dikenakan ke masukan dari osilator fasa-terkunci

untuk menghasilkan pembawa .100 kHz yang diserempakkan untuk demodulator.

Sebuah filter low pass akhir menghilangkan komponen-komponen jumlah dari

demodulator, sehingga yang tertinggal hanyalah sinyal audio 0 - 4 kHz (G). Karena

osilator demodulator terkunci path pembawa pemandu, sedikit penyimpangan (drift)

dalam rangkaian-rangkaian akan dibetulkan secara otomatis sehingga terjadilah

demodulasi yang stabil. Sinyal bias dari osilator Lasa-terkunci dapatjuga digunakan

32

untuk memberikan pengaturan frekuensi otornatis (AFC) pada osilator penalaan

penerima.

33

GAMBAR 9.9. Sistem Radio Pembawa Pemandu SSB: (a) Pemancar; (b) Penerima; (c) Spektra sinyal pada berbagai titik dalam sistem

saluran 1 dan 2 yang dimultipleks pembagian frekuensinya pada satu

penyalur (line) dan saluran-saluran 3 dan 4 yang dimultipleks pembagian

frekuensinya pada penyalur yang lain, seperti terlihat dalam spektra (B).

Kedua sinyal ini merupakan masukan-masukan ke pemancar ISB yang

sesungguhnya, dan dapat dipasangkan langsung atau dihubungkan lewat

saluran-saluran telepon dengan panjang tertentu, jika letak pemancar adalah

jauh dari terminal multipleks.

Pada bagian modulator ISB, kedua sinyal 12 dan 34 dimasukkan ke dua

buah modulator balans yang juga diumpan dari sebuah osilator pembawa

100 kHz bersama. Keluarannya adalah dua sinyal yang masing-masing

mengandung jalursisi jalursisi atas dan bawah di sekitar frekuensi pembawa

100 kHz, seperti diperlihatkan dalam spektra (C). Sinyal saluran 12 diteruskan

lewat sebuah filter USB dengan pass band 100 - 106 kHz untuk

menghapuskan jalursisi bawahnya, sedangkan saluran 34 diteruskan lewat

sebuah filter LSB dengan pass band 94 - 100 kHz untuk menghilangkan

jalursisi atasnya. USB 12 dan LSB 34 dan sebagian yang kecil dari pembawa

pemandu 100 kHz (yang diperoleh lewat sebuah atenuator dari osilator

pembawa) dijumlahkan untuk memberikan sinyal akhir (spektra D). Sinyal ini

mengandung keempat sinyal-sinyal saluran masukan yang tersebar dalam

frekuensi, yaitu dua sinyal pada masing-masing sisi pembawa 100 kHz,

dengan tidak ada satupun yang menutupi lainnya.

34

35

Sinyal 100 kHz yang dimodulasi ini dapat dipancarkan langsung pada

suatu hubungan kabel frekuensi tinggi, atau seperti dalam uraian ini, sinyal

dapat dinaikkan lagi ke suatu frekuensi radio yang lebih tinggi untuk

transmisi lewat atmosfer. Selebihnya dari rangkaian pemancar adalah dua

tingkat konversi-frekuensi-ke atas, dan penguat daya ke antena. Diperlukan

dua tingkat konversi-ke atas, karena jika digunakan hanya satu ting kat untuk

peningkatan frekuensi yang lebih dari 10 : 1, komponen-komponen frekuensi

selisih yang tidak dikehendaki dari penyampur akan menjadi terlalu dekat

dengan komponen-komponen frekuensi jumlah, sehingga tidak mudah

dipisahkan dengan filter, terutama jika frekuensi pembawa akhir adalah lebih

dari beberapa MHz.

Konverter - ke atas pertama terdiri dari sebuah rangkaian modulator

balans yang digunakan sebagai penyampur, sebuah osilator pembawa 3 MHz,

dan sebuah filter bandpass cutoff tajam dari 3,1 ± 0,006 MHz. Rangkaian ini

menghasilkan sinyal yang ditunjukkan dalam spektra (E), yang sama dengan

spektra (D) kecuali bahwa pusatnya sudah dipindahkan dalam frekuensi dari

pusat 100 kHz ke pusat 3,1 MHz.

Konverter-ke atas terakhir bekerja dengan cara yang sama, dan

membawa sinyal ke frekuensi tengah akhir fT (spektra (F)). Di sini juga dipilih

kelompok frekuensi jumlah, tetapi kali ini frekuensi-frekuensi selisih adalah 6

MHz lebih rendah, sehingga sangat memudahkan pekerjaan penyaringan

terakhir. Sebuah penguat daya RF linear yang ditala pada frekuensi transmisi

fT membawa sinyal ke tingkat daya antena yang dikehendaki.

Rangkaian ini melukiskan penggunaan ISB dalam tiga penerapan yang

berbeda. Yang pertama adalah untuk melaksanakan FDM pads tingkat-tingkat

frekuensi rendah yang diperlukan untuk transmisi langsung lewat kabel; hal

ini akan dibahas lebih lanjut pada bagian yang berikut. Yang kedua ialah

36

untuk modulasi ISB dari sebuah pembawa frekuensi radio, dan yang ketiga

ialah penggunaannya dalam konversi frekuensi atau penyampuran.

Modulasi Frekuensi

1. PENGANTAR

Dalam modulasi sudut, sinyal informasi dapat digunakan untuk mengubah frekuensi

pembawa, sehingga menimbulkan modulasi frekuensi, atau untuk mengubah sudut fasa

yang mendahului (lead) atau tertinggal (lag), sehingga menimbulkan modulasi fasa. Karena

frekuensi dan fasa keduanya adalah parameter dari sudut pembawa, yang adalah suatu

fungsi dari waktu, istilah umum modulasi fasa diartikan sebagai mencakup keduanya.

Modulasi frekuensi dan modulasi fasa mempunyai beberapa sifat yang sangat mirip, tetapi

juga mempunyai perbedaan-perbedaan yang menonjol. Hubungan antara keduanya akan

dibahas secara terperinci dalam bab ini.

Dibandingkan dengan modulasi amplitudo, modulasi frekuensi mempunyai be-

berapa kelebihan tertentu. Yang terutama ialah bahwa perbandingan S/N dapat di-

tingkatkan tanpa harus menambah daya yang dipancarkan (tetapi ini memang harus

diimbangi dengan meningkatnya lebar jalur frekuensi yang diperlukan); bentuk-bentuk

interferensi tertentu pad & penerima lebih mudah untuk ditekan; dan proses modulasi

dapat ddakukan pada tingkat daya yang rendah pada pemancar, sehingga dengan demikian

tidak diperlukan daya modulasi yang terlalu besar.

2. MODULAR FREKUENSI

Sinyal modulasi em digunakan untuk merubah frekuensi pembawa. Misalnya,

em mungkin digunakan untuk mengubah kapasitansi dari rangkaian osilator frekuensi

pembawa (lihat Bagian 10.5.1). Misalkan bahwa perubahan pada frekuensi pembawa

adalah keen, di mana k adalah konstanta yang dikenal sebagai konstanta deviasi fre-

37

kuensi; maka frekuensi pembawa sesaat (instantaneous) adalah

fi =f, + kem (10.1)

Dimana fc adalah frekuensi pembawa tanpa modulasi.

Misalnya, bila em gelombang sinus,

em = Emmaks sin mt (10.2)

Frekuensi pembawa sesaat menjadi

em = fc + kEmmaks sin mt (10.3)

Sketsa dari f; ditunjukkan dalam Gambar 10.1(a). Adalah penting untuk dipahami

bahwa ini adalah suatu lengkung frekuensi-waktu, dan bukannya suatu lengkung

amplitudo-waktu. Lengkung amplitudo-waktu untuk pembawa yang dimodulasi-

frekuensi ditunjukkan dalam Gambar 10.1(b).

Deviasi frekuensi puncak dari sinyal didefinisikan sebagai

Δf = kEmmaks, (10.4)sehingga Persamaan.(10.3) menjadi

ft = fc + Δf sinmt (10.5)

Contoh 10.1 Buatlah sketsa dari lengkung frekuensi-sesaat-waktu untuk

suatu gelombang pembawa 100-MHz, yang dimodulasi-frekuensi oleh suatu

gelombang persegi 1-kHz, dengan deviasi puncak 90 kHz.

Penyelesaian Sketsanya diperlihatkan dalam Gambar 10.1(c).

Agar dapat memperoleh suatu pengertian kuantitatif tentang modulasi

frekuensi, pertama-tama perlu diturunkan persamaan untuk gelombang

yang dimodulasi. Pembawa yang tidak dimodulasi adalah suatu gelombang

sinus, seperti yang dinyatakan dalam Persamaan (8.1), untuk mana tanpa

38

kehilangan sifat umumnya, Ec maks dapat dibuat

GAMBAR 10.1. (a) Lengkung frekuensi-waktu sesaat; (b) Iengkung amplitudo-waktu pembawa untuk suatu pembawa yang dimodulasi-frekuensi secara sinusoida; (c) lengkung frekuensi-waktu sesaat untuk Contoh 10.1.

sama dengan satu:

c = sin(ct + Φ) (10.6)

di mana c = 2πfc, = suatu frekuensi sudut konstan dalam rad/det, dan

adalah suatu sudut fasa konstan dalam radian.

Persamaan (10.6) adalah suatu bentuk yang khusus dari suatu rumus

yang lebih umum:

e = sin θ(t) (10.7)

39

Frekuensi sudut dari rumus umum ini adalah kecepatan perubahan waktu

dari 0(t), dan hanya bila frekuensi I mstan maka bentuk khusus Persamaan

(10.6) berlaku.

Bila frekuensi berubah-ubah, seperti dalam modulasi frekuensi, suatu

frekuensi sudut sesaat (instantaneous angular frequency) dapat didefinisikan

sebagai

Dengan mengintegrasikan terhadap waktu, didapat

Frekuensi sesaat f dihubungkan dengan modulasi oleh Persamaan (10.5).

Misalnya, untuk frekuensi sudut yang konstan w. (tidak dimodulasi)

di mana 0 adalah konstanta integrasi.

Persamaan (10.6) diperoleh bila Persamaan (10.10) dimasukkan ke dalam

Persamaan (10.7).

Untuk modulasi sinusoida, Persamaan (10.5) dimasukkan ke dalam

Persamaan (10.9) untuk memberikan

di mana c = 2πfm . Konstanta Φ dapat dibuat sama dengan nol dengan

pemilihan sumbu pedoman yang sesuai, dan persamaan untuk gelombang

yang dimodulasi frekuensi sinusoida diperoleh dengan memasukkan

40

Persamaan (10.11) ke dalam Persamaan (10.7)

Perhatikan bahwa Persamaan (10.12) tidak akan dapat diturunkan hanya

dengan menggantikan ft dengan f dalam Persamaan (10.6); alasannya adalah

karena Persamaan (10.6) telah diturunkan dengan dasar frekuensi yang

konstan, dan sudah tentu modulasi frekuensi membuat ini tidak berlaku.

Indeks modulasi untuk modulasi frekuensi didefinisikan sebagai

Persamaan untuk pembawa yang dimodulasi sinusoida menjadi

Tidak seperti modulasi amplitudo, indeks modulasi untuk modulasi

frekuensi dapat lebih besar daripada satu.

2.1 Spektrum Frekuensi

Analisis matematik dari Persamaan (10.14) yang akan dapat memberikan spektrum

frekuensi untuk suatu gelombang yang dirnodulasi frekuensi sinusoida adalah jauh lebih

sulit daripada analisa modulasi-amplitudo yang bersesuaian (misalnya, lihatlah Ben Zeines,

Electronics Communication Systems, Prentice-Hall, Inc., Englewood Cliffs, N.J., 1970, Bagian

9.13), dan hanya hasil-hasilnya saja yang akan digunakan di sini. Spektrum ternyata

terdiri dari sebuah komponen pembawa, dan frekuensi-frekuensi sisi pada harmonisa dari

frekuensi modulasi, meskipun pada nada modulasi aslinya tidak terdapat harmonisa.

Amplitudo-amplitudo dari berbagai komponen spektral diberikan oleh suatu Fungsi Bessel

dari Jenis Pertama

41

GAMBAR 10.2. Grafik dari besarnya pembawa dan tiga frekuensi sisi yang pertama dari suatu gelombang yang dimodulasi-frekuensi sinusoids, dengan pembawa yang besarnya satu volt versus indeks modulasi m f. (Ini adalah grafik dari Fungsi-Fungsi Bessel dari gelombang).

(Bessel's Function of the First Kind), yang di sini dinyatakan dengan Jn(mf); mf adalah

indeks modulasi yang didefinisikan dalam Persamaan (10.13), dan n adalah orde dari

frekuensi sisi. Dalam notasi matematika, m f disebut sebagai argumen, dan n orde

dari Fungsi Bessel. Fungsifungsi Bessel tersedia baik dalam bentuk grafik maupur.

dalarn bentuk daftar seperti terlihat dalam Gambar 10.2, dan Daftar 10.1. Jo(mf)

memberikan amplitudo dari komponen pembawa.

Sebagai contoh penggunaan Daftar 10.1,idapat dilihat bahwa untuk mf =

0,5, komponen-komponen spektral adalah

42

Kenyataan bahwa komponen spektrum pada frekuensi pembawa

berkurang amplitudonya tidak berarti bahwa gelombang pembawa

dimodulasi-amplitudo. Gelombang pembawa adalah jumlah dari semua

komponen-komponen dalam spektrum, dan jumlah ini memberikan

pembawa dengan amplitudo konstan seperti ditunjukkan dalam Gambar

10.1(b). Bedanya ialah bahwa pembawa yang dimodulasi bukanlah suatu

gelombang sinus, sedangkan komponen spektrum pada frekuensi pembawa

gelombang sinus. (Semua komponen-korponen spektrum adalah gelombang-

gelombang sinus atau kosinus). Akan terlihat dari Daftar 10.1 bahwa

amplitudo-amplitudo dalam beberapa hal dapat menjadi negatif, tetapi

biasanya tidak perlu menunjukkan ini dalam suatu grafik spektrum, dan yang

diperlihatkan hanyalah nilai modulusnya saja. Akan terlihat juga

DAFTAR 10.1. Amplitudo-amplitudo Komponen Spektrum untuk suatu

Pembawa yang Dimodulasi-Frekuensi sinusoida dengan Amplitudo Tanpa

Modulasi sebesar 1 V (Modulus-modulus Amplitudo yang lebih kecil dari |

0.01| tidak diperlihatkan).

43

bahwa untuk nilai-nilai m f tertentu (2.4, 5.5, 8.65, dan nilai-nilai lebih tinggi

yang tidak diperlihatkan), amplitudo pembawa adalah nol. Ini membantu

untuk menggaris-bawahi kenyataan bahwa yang menjadi nol adalah

komponen sinusoida spektrum pada frekuensi pembawa, dan bukannya

pembawa yang dimodulasi yang tidak berbentuk sinusoida, dan yang

berubah dari puncak positif ke negatif (dalam hal ini 1 V) sementara

frekuensi berubah-ubah.

Spektra untuk bermacam-macam nilai m f ditunjukkan dalam Gambar

10.3(a), (b), dan (c). Pada setiap keadaan, garis-garis spektral berjarak f,,, satu

dari yang lain,

44

GAMBAR 10.3. Spektra untuk gelombang-gelombang yang dimodulasi frekuensi dengan bentuk sinusoida dengan indeks modulasi: (a) mf = 1.0; (b) mf = 2,4 (perhatikan pembawa yang menghilang; (c) m f = 5,0

dan lebar jalur yang diduduki oleh spektrum terlihat sama dengan

di mana n adalah orde frekuensi sisi yang tertinggi yang amplitudonya masih

cukup berarti. Dari Daftar 10.1 akan terlihat bahwa bila orde frekuensi sisi

lebih besar dari (mf + 1), aplitudonya adalah 5% dari amplitudo pembawa

tanpa modulasi, atau bahkau lebih kecil lagi. Dengan menggunakan ini

45

sebagai pedoman untuk persyaratan-persyaratan lebar, jalur, Persamaan

(10.15) dapat ditulis sebagai

atau, dengan substitusi untuk m f dari Persamaan (10.13),

Untuk melukiskan pentingnya hal ini, akan ditinjau tip buah contoh:

Jadi, meskipun frekuensi modulasi berubah dari 0,1 kHz ke 10 kHz, atau

dengan suatu faktor 100 : 1, lebar jalur yang diduduki spektrum hanya

berubah sedikit saja, yaitu dari 150 kHz ke 170 kHz. Contoh-contoh ini

menunjukkan mengapa modulasi frekuensi kadang-kadang disebut juga

sebagai suatu sistem dengan lebar jalur-konstan.

2.2 Daya Rata-Rata

46

Fungsi-fungsi Bessel memberikan hubungan antara amplitudo tegangan dari masing-

masing komponen sisi frekuensi sinusoida terhadap amplitudo pembawa tanpa modu. lasi,

sebagai

Dengan memisalkan bahwa amplitude En, dan Ec adalah nilai-nilai rms dari sunusoida,

daya yang terkandung pada masing-masing komponen sinusoida (sisa pembawa dan

masing-masing frekuensi sisi) diberikan oleh

Dengan memperhatikan bahwa hanya terdapat satu komponen pembawa,

sedangkan untuk setiap frekuensi sisi nomor n terdapat sepasang komponen, daya

total pada sinyal yang dimodulasi menjadi

di mana P. diperoleh dari Persamaan (8.13), dan Jn adalah untuk suatu nilai indeks

modulasi m f yang konstan. Daya total dalam bentuk-gelombang yang dimodulasi

adalah tetap konstan untuk semua kondisi modulasi. Dengan makin mendalamnya

modulasi, daya diambil dari komponen pembawa dan dibagikan kembali pada

komponen-komponen frekuensi sisi. Hal ini ditunjukkan oleh kenyataan bahwa

jumlah kuadrat dari koefisien-koefisien fungsi Bessel .dalam Persamaan (10.20)

untuk suatu nilai m f tertentu adalah selalu sama dengan satu.

47

Contoh 10.2 Suatu pembawa tanpa-modulasi 15-W dimodulasi-frekuensi

oleh suatu sinyal sinusoida sedemikian sehingga deviasi

frekuensi puncak adalah 6 kHz. Frekuensi dari sinyal modulasi

adalah 1 kHz. Hitunglah keluaran daya rata-rata dengan

menjumlahkan daya untuk semua komponen frekuensi sisi.

Penyelesaian Keluaran daya rata-rata total P adalah 15 W dengan

dimodulasi. Untuk menguji bahwa ini adalah juga nilai yang

didapat dari penjumlahan kuadrat-kuadrat Fungsi Bessel, dari

Persamaan (10.13) kita dapatkan

Nilai-nilai fungsi Bussel untuk mf = 6 dapat dibaca dari Daftar 10.1,

dan dimasukkan ke dalam Persamaan (10.20) untuk memberikan

PT = 150,152 + 2(0,282 +0,24 2 + 0,112 + 0,362 +0,36 2 +0,25 2 +0,132

+0,06 2 +0,02 2 + 0) 012)]

= 15(1,00) = 15 W

Sebagai akibatnya, karena daya rata-rata tidak berubah dengan modulasi frekuensi,

tegangan dan arcs rms juga akan tetap konstan pada masing-masing nilai tanpa-

modulasinya.

2.3. Modulasi Gelombang-Kompleks: Perbandingan Deviasi

Dalam proses modulasi frekuensi, ada juga terbentuk hasil-hasil intermodulasi; yaitu,

frekuensi-frekuensi selisih (beat frequencies) akan terjadi di antara berbagai-bagai frekuensi

sisi bila sinyal modulasinya bukan berbentuk sinusoida atau konsinusoida. Tetapi, dari

pengalaman diketahui bahwa persyaratan-persyaratan lebar jalur ditentukan oleh deviasi

frekuensi maksimum dan frekuensi modulasi tertinggi (harmonisa) yang ada di dalam

gelombang modulasi kompleks. Perbandingan dari deviasi maksimum dan komponen

48

frekuensi tertinggi dinamakan perbandingan deviasi (deviation ratio). Dengan

mendefinisikan ini sebagai M, maka

di mana ΔF adalah deviasi frekuensi maksimum dan Fm komponen frekuensi tertinggi dalam

sinyal modulasi. Maka kemudian lebar jalur diberikan oleh Persamaan (10.16) dengan

menggantikan m f dengan M, dengan batas-batas ketelitian yang lama pula. Jadi

Ini dikenal sebagai aturan Carson.

Contoh 10.3 Peraturan-peraturan di Kanada menyatakan bahwa untuk siaran FM, deviasi

maksimum yang diizinkan adalah 75 kHz dan frekuensi modulasi maksimum 15 kHz.

Hitunglah lebar jalur maksimum yang diperlukan.

Penyelesaian Dengan menggunakan Persamaan (10.22),

Penelitian Daftar 10.1 menunjukkan bahwa frekuensi-frekuensi sisi dengan

amplitudo 1 % masih terdapat hingga pasangan frekuensii sisi yang ke sembilan, jadi

aturan Carson memberikan lebar jalur diperlukan yang terlalu rendah. Untuk M yang

sama dengan atau lebih besar dari 5, taksiran yang lebih baik diberikan oleh Bmaks =

2(M + 4) Fm. Dalam contoh ini, akan dihasilkan suatu lebar jalur maksimum yang

diperlukan sebesar 270 kHz. Hambatan-hambatan ekonomis pada peralatan

komersil membatasi kemampuan lebar jalur dari penerima-penerima sampai kira-

kira 200 kHz.

49

GAMBAR 10.4. Memodulasi dengan suatu bentuk-gelombang tangga (step): (a) AM; (b) FM; (c) PMPerubahan amplitudo dapat dilihat misalnya pada sebuah osiloskop. Pada modulasi

frekuensi, yang ditunjukkan dalam Gambar 10.4(b); amplitudo dan fasa tetap

konstan, sementara frekuensi mengikuti perubahan tangga. Perubahan ini dapat

juga dilihat, misalnya pada sebuah penghitung frekuensi (frequency counter).

Pada modulasi fasa, amplitudo tetap konstan sedangkan sudut fasa mengikuti

perubahan tangga dengan waktu, seperti tampak dalam Gambar 10.4(c). Perubahan

fasa diukur dengan berpedoman pada fasa yang seharusnya akan terjadi tanpa

adanya modulasi. Setelah perubahan tangga dalam fasa, pembawa sinusoida akan

tampak seolaholah merupakan perpanjangan dari lengkung garis terputus-putus

yang ditunjukkan pada grafik amplitudo-waktu dalam Gambar 10.4(c). Lagi pula, dari

grafik amplitudowaktu terlihat bahwa frekuensi gelombang sebelum perubahan

tangga adalah sama seperti sesudah perubahan tersebut. Tetapi, pada saat fasa

berubah menurut tangga, pergeseran (displacement) mendadak dari bentuk-

gelombang pada sumbu waktu akan membuatnya kelihatan seakan-akan frekuensi,

mengalami perubahan yang mendadak pula. Ini ditunjukkan oleh "paku" (spike) pada

grafik frekuensi-waktu dalarn Gambar 10.4(c). Sebuah meter-fasa dapat digunakan

50

untuk mengukur perubahan fasa, tetapi ini memerlukan bentuk-gelombang

pedoman, dan hasilnya tidak didapat langsung seperti pada pengukuran amplitudo

atau frekuensi. Perubahan "paku" pada frekuensi dapat langsung diukur pada

sebuah penghitung frekuensi. Pada prinsipnya, perubahan semu (apparent) dari

frekuensi pada modulasi fasa akan terjadi, bahkan juga bila frekuensi sumber dari

pembawa dipertahankan konstan, misalnya dengan menggunakan osilator kristal.

Dalam praktek terbukti bahwa dengan menggunakan modulasi fasa, ayunan-ayunan

frekuensi yang besar adalah lebih sukar untuk diperoleh.

Hubungan matematis antara modulasi frekuensi dan modulasi fasa

diberikan dalam Bagian 10.4.

3.1. Spektrum Sebuah Gelombang yang Dimodulasi-Fasa dengan Bentuk Sinusoida

Sebagai hasil dari perbandingan Persamaan (10.29) dan (10.14), untuk nilai indeks

modulasi yang sama, spektrum dari gelombang yang dimodulasi-fasa akan sama

seperti spektrum untuk gelombang yang dimodulasi-frekuensi. Misalnya, untuk mp =

5,0, berlaku juga spektrum dari Gambar 10.3(c).

4. EKIVALENSI ANTARA FM DAN PM

Frekuensi sudut sesaat seperti didefinisikan dalam Persamaan (10.8) adalah

Untuk suatu gelombang yang dimodulasi-fasa, modulasi fasa dinyatakan

dengan Persamaan (10.24) dan

Karena itu, dengan menerapkan Persamaan (10.8), modulasi fasa mempunyai

suatu frekuensi sudut ekivalen

51

Misalkan bahwa feq(t) merepresentasikan modulasi frekuensi ekivalen dalam

Persamaan (10.31); maka

Pentingnya Persamaan (10.32) ini terletak pada kenyataan bahwa semua

penerimapenerima modulasi-sudut selalu mengartikan modulasi sudut

sebagai modulasi frekuensi (bahkan juga "diskriminator fasa" yang diuraikan

dalam Bagian 10.6). Ini berarti bahwa keluaran sinyal demodulasi adalah

seban_ding dengan deviasi frekuensi, dari sinyal modulasi yang diterima. Hal

ini dilukiskan untuk tiga bentuk-gelombang yang berbeda-beda dari Gambar

10.5, untuk sistem yang ditunjukkan dalam Gambar 10.5(a). Untuk

gelombang modulasi segitiga dari Gambar 10.5(b), modulasi fasa adalah

di mana a adalah modulus dari kecuraman garis-garis (yang dimisalkan sama

untuk kecuraman positif dan negatif). Suku Φ(t) mempunyai keberulangan

(periodicity) seperti m(t). Dengan menerapkan Persamaan (10.32),

Jadi feq(t) adalah suatu gelombang persegi seperti terlihat pada Gambar 10.5(b), dengan feq(t).

Untuk sinyal modulasi gelombang-persegi dalam Gambar 10.5(a),

kecepatan perubahan dari Φ(t) atau kecuraman dari grafik adalah nol kecuali

52

Karena itu

pada titik-titik di mana gelombang berubah (berbalik) tandanya, di mana

kecepatan tersebut secara teoretis adalah ± ∞. Karena itu, dengan

menerapkan Persamaan (10.32), feq(t) akan sama dengan nol kecuali pada

titik-titik pembalikan, di mana nilainya akan direpresentasikan oleh pulsa-

pulsa seperti terlihat dalam Gambar 10.5(c). Bentuk-gelombang tegangan

keluaran akan mengikuti bentuk-gelombang feq(t).

53

GAMBAR 10.5. Modulasi fasa dengan berbagai sinyal modulasi kompleks: (a) sistem modulasisudut; m(t) adalah masukan modulasi dan meq(t) arlalah keluaran penerima yang dihasilkan; (b) gelo mbang modulasi berbentuk segitiga yang meng hasil kan keluaran gel ombang-persegi; (c) gelombang modulasi persegi yang rnengakibatkan terjadinya pulsa-pulsa pada keluaran; (d) gelombang modulasi sinusoida yang menghasilkan suatu keluaran kosinusoida.

Untuk sinyal modulasi sinusioda, Gambar 10.5(d),

Suku feq(t) diperlihatkan dalam Gambar 10.5(d), dan akan terlihat bahwa deviasi frekuensi ekivalen maksimum adalah

Δ feq = fmmp (10.33)

Bentuk-gelombang tegangan keluaran akan mengikuti lengkung feq(t), dan karena itu amplitudo tegangan keluaran, yang sebanding dengan Δfeq, adalah sebanding pula dengan fm.mp. Untuk suatu mp yang konstan, keluaran adalah sebanding dengan frekuensi modulasi.

Contoh 10.4 Sebuah gelombang sinus 2-kHz dengan amplitudo-konstan

digunakan untuk memodulasi-fasa suatu pembawa. Beberapa

waktu kemudian, frekuensi sinyal modulasi dinaikkan menjadi

5 kHz. Jelaskan apa yang terjadi pada sinyal keluaran dari

suatu penerima yang digunakan untuk menerima gelombang

yang dimodulasi tersebut.

Penyelesaian Frekuensi dari sinyal tegangan keluaran akan naik dari 2

menjadi 5 kHz dan amplitudonya akan naik dengan faktor 5/2,

atau 2,5 kali.

54

Karena itu,

5. RANGKAIAN-RANGKAIAN MODULAR FREKUENSI

Dalam analisis yang diberikan di sini, dimisalkan bahwa berlaku keadaan-keadaan sinyal kecil (small signal conditions); selanjutnya dimisalkan juga bahwa kecepatan modulasi (modulation rate) adalah cukup lambat untuk analisis sinusoida pada frekuensipembawa yang akan digunakan.

5.1. Dioda Varaktor

Dioda varaktor adalah sebuah dioda sambungan (junction diode) pn,

yang kapasitansi pengosongannya (depletion capacitance) berubah-ubah

sesuai dengan bias terbalik, seperti terlihat dalam Gambar 10.7(a). Nama

varakt berasal dari variabel reaktor. Untuk penerapan-penerapan pada

penalaan, dioda ini dapat direpresentasikan dengan rangkaian ekivalen yang

mendekati dan terdiri dari kapasitansi pengosongan Cd yang terhubung seri

dengan RS, yang adalah resistansi dari bahan bagian-bagian pn, dan resistansi

dari perkawatan.

Suatu tegangan bias de tertentu dikenakan pada varaktor, dan ini

mengatur nilai Cd ke suatu nilai tengah Cd0 yang menentukan frekuensi

resonansi tanpa-modulasi dari sebuah rangkaian tala di mana terdapat

varaktor tersebut. Tegangan modulasi ditambahkan pada bias ini dan

menyebabkan kapasitansi berubah-ubah di sekitar njlai Cdo dengan adanya

modulasi, sehingga mengakibatkan frekuensi resonansi dari rangkaian LC

berubah-ubah di sekitar nilai-tengahnya fo.

Rangkaian LC. tala tersebut dapat digunakan sebagai jaringan yang

menentukanfrekuensi dalam salah satu dari rangkaian-rangkaian osilator LC

standar untuk memberikan modulasi frekuensi langsung, atau rangkaian itu

dapat juga digunakan sebagai sebuah reaktor tegangan-variabel untuk

menggeser fasa sinyal dari suatu osilator yang tetap untuk memberikan

modulasi fasa langsung.

5.3 Pemancar FM yang Dimodulasi Langsung

55

Modulasi frekuensi langsung (direct FM), Gambar 10.9(a), dapat

diperoleh dengan menggunakan rangkaian-rangkaian dari Gambar 10.7(b)

atau Gambar 10.8(a). Deviasi frekuensi puncak dibuat tetap kecil, dan sinyal

yang dimodulasi dari osilator kemudian diteruskan ke sebuah rangkaian

pengali frekuensi yang menaikkan frekuensi keluaran ke frekuensi pembawa

yang dikehendald. Sebuah penguat daya mendorong antena.

Modulasi frekuensi langsung pada frekuensi pembawa akhir memang

dapat digunakan dengan dihilangkannya tingkat-tingkat pengali, tetapi akan

segera timbul suatu pertentangan, yaitu antara diperlukannya deviasi

frekuensi yang cukup dan keharusan mempertahankan kestabilan frekuensi

yang tinggi. Osilator-osilator kristal dapat langsung dimodulasi frekuensi

karena frekuensi kristal dapat "ditarik" sedikit; tetapi untuk memperoleh

deviasi-deviasi akhir yang dapat digunakan, diperlukan suatu faktor perkalian

frekuensi yang tinggi, seperti dilukiskan di bawah ini. Meskipun demikian,

modulasi frekuensi langsung digunakan juga untuk FM jalur-sempit yang

hanya memakai deviasi-deviasi yang relatif kecil.

Bila suatu sinyal FM dilewatkan melalui rangkaian pengali frekuensi

seperti misalnya sebuah penguat kelas C yang tangki keluarannya ditala pada

harmonisa kedua atau ketiga, bukan hanya frekuensi pembawa saja yang

akan dikalikan, tetapi juga deviasi frekuensinya. Perbandingan perkalian akan

sama dengan angka harmonisa terhadap mans keluaran ditala.

Perbedaan antara perkalian frekuensi dan konversi-ke atas seperti yang

diperoleh dengan penyampuran adalah penting dalam operasi sistem-sistem

FM. Rumus umum untuk suatu pembawa yang dim.odulasi-frekuensi

diberikan oleh Persamaan (10.12). Seperti ditunjukkan dalam Bagian 5.7.1,

sebuah penguat kelas C menimbulkan harmonica dari sinyal masukan dan,

asal saja rangkaian keluaran tala-harmonisa cukuh lebar jalurnya untuk

menerima jalursisijalursisi, harmonisa yang ke-n dari masukan, Persamaan

(10.7), akan dipilih, dan memberikan sebagai tegangan keluaran

56

Vkeluar= sin ( nθ(t) ) (10.61)

θ(t) diberikan oleh Persamaan (10.9), dan karena itu frekuensi keluaran adalah

fkeluar = nfi= nfc + n Δfm(t) (10.62)

Ini menunjukkan bahwa deviasi dikalikan dengan nomor harmonisa n.

Bila sinyal dikonversi-ke atas dengan menyampur dengan suatu frekuensi osilator fo, frekuensi akhir diberikan oleh

fkeluar = fo + fi

= (fo + fl) + Δfm(t) (10.63)

Frekuensi pembawa dinaikkan ke fo + f, dan modulasi tidak berubah.

Teori di atas digunakan dalam rancangan yang ditunjukkan dalam

Gambar 10.9(b) untuk memperoleh suatu kenaikan deviasi tanpa menaikkan

frekuensi pembawa. Frekuensi masukan f;, yang diberikan oleh Persamaan

(10.5) dikalikan ke atas menjadi nfi. Ini kemudian dimasukkan ke sebuah

konverter ke-bawah bersama-sama dengan suatu frekuensi osilator fo = (n -

1)f, sehingga frekuensi keluaran yang dihasilkar, adalah (f diberikan oleh

Persamaan (10.5))

fkeluar =nfi + fo

= (fc + Δfm(t) (10.64)

Ini menunjukkan bahwa pembawa dikonversikan kembali ke frekuensi aslinya

dengan deviasi yang dikalikan dengan n.

Bila osilator utama adalah hanya sebuah osilator LC, rancangan modulasi-

langsung tidak mampu untuk memenuhi peraturan-peraturan tentang

kestabilan frekuensi. Dalam Gambar 10.9(c) kestabilan diperbaiki dengan

suatu rangkaian AFC. Suatu contoh (sample) dari sinyal keluaran akhir

dicampur dengan sinyal dari suatu osilator kristal yang stabil. IF yang

dihasilkan mengandung frekuensi selisih antara pembawa dan osilator tetap.

57

Suatu rangkaian diskriminator membangkitkan suatu tegangan yang

sebanding dengan frekuensi selisih ini. Ini juga mengandung sinyal modulasi,

dan sebuah filter lowpass digunakan untuk menghilangkan ini, sehingga

hanya meninggalkan suatu tingkat do yang berubah-ubah yang sebanding

dengan selisih antara frekuensi pembawa dan osilator. Tegangan ini

ditambahkan ke sinyal audio modulasi dan dimasukkan ke modulator

reaktansi dengan cara sedemikian sehingga membetulkan setiap

penyimpangan pada frekuensi osilator utama. Perolehan dari rantai (loop)

umpan-balik frekuensi ditentukan oleh konstanta perkalian frekuensi dan

oleh perolehan-perolehan modulator dan diskriminator. Harus dijaga dengan

baik bahwa rantai umpan-balik adalah stabil; jika tidak, dapat terjadi osilasi

pada frekuensi-frekuensi modulasi.

Penguat-penguat daya kelas C dapat digunakan untuk pemancar-

pemancar FM, karena setiap perubahan-perubahan kecil pada amplitudo

sinyal FM biasanya pada rangkaian-rangkaian penerima dihapuskan oleh

penguat-penguat pembatas (limiting amplifier). Lagi pula, penguat-penguat

tersebut tidak mempunyai pengaruh penting apapun pada modulasi itu

sendiri, sedangkan interferensi kebisingan banyak berkurang. Hasilnya ialah

bahwa pemancar FM adalah jauh lebih efisien daripada suatu pemancar AM.

58

GAMBAR 10.9. (a) Sebuah pemancar FM yang dimodulasi langsung; (b) sistem untuk menaikkan deviasi suatu sinyal FM; (c) modulator reaktansi yang distabilkan frekuensi.

59

5.4. Pemancar FM yang Dimodulasi Tidak Langsung

Modulasi fasa dapat digunakan untuk mendapatkan modulasi frekuensi dengan metoda tidak4angsung, yang teorinya telah diberikan dalam Bagian 10.4. Hanya diperlukan integrasi sinyal modulasi sebelum memasukkannya ke modulator fasa, sedangkan modulasi fasa didapatkan dengan salah satu dari rangkaian-rangkaian Gambar 10.8(c) atau Gambar 10.8(b). Diagram blok untuk pemencar semacam itu ditunjukkan dalam Gambaf 10.10(a). Pemancar ini banyak sekali digunakan dalam peralatan telepon radio VHF dan UHF.

Sebuah metoda tidak-langsung lain yang sangat banyak digunakan ialah metoda Armstrong, di mana modulasi frekuensi didapatkan dari suatu gabungan DSBSC dan modulasi fasa. Gambar 10.10(b) menunjukkan diagram blok dari sebuah pemancar FM yang dimodulasi-Armstrong. Sumber pembawa adalah sebuah osilator kristal dengan suatu frekuensi yang mudah untuk ditangani dalam modulator-modulator. Biasanya ini adalah cukup rendah, seperti misalnya 100 kHz, karena perlunya melakukan beberapa tahap perkalian frekuensi. Suatu contoh (sampel) dari pembawa dipisahkan dan digeser dengan 90° sebelurn dikenakan ke sebuah modulator balaris. Audio diteruskan lewat sebuah rangkaian integrator sebelurn dimasukkan ke modulator.

Keluaran dari modulator balans diperkecil amplitudonya sehingga menjadi sangat kecil dibandingkan dengan keluaran osilator. Keluaran ini adalah jumlah phasor dari kedua jalursisi, tanpa pembawa dan digeser fasanya dengan 90° terhadap keluaran osilator. Bila jalursisi jalursisi ditambahkan pada keluaran osilator, terjadilah modulasi fasa. Ini dapat dilihat dari diagram phasor dari Gambar 10.10(c). Jumlah phasor jalursisi mendahului pembawa dengan 90° dan berubah-ubah amplitudonya. Ini ditambahkan secara phasor pada pembawa untuk menghaasilkan tegangan Epm. Dengan berubahnya besar jalursisi jalursisi, berubah pula sudut Φ antara Epm dan pembawa. Sudut ini diberikan oleh

Tetapi, jika sudut Φ dapat dibuat kurang dari kira-kira 10°, maka tangennya akan hampir sama dengan sudutnya sendiri.

Karena itu, untuk deviasi-deviasi sudut yang kecil, yaitu kurang dari 10o, suatu kesalahanan yang kurang dari 1% akan terjadi pada modulasi dan

60

61

GAMBAR 10.10. Modulasi frekuensi tidak-langsung: (a) modulasi fasa ke modulasi frekuensi; (b) metoda Armstrong; (c) diagram phasor yang melukiskan prinsip dari metoda Armstrong

Ini menunjukkan bahwa modulasi fasa 0 adalah sebanding dengan sinyal DSB, yang pada gilirannya sebanding pula dengan sinyal modulasi yang diintegrasikan, dan seperti telah diperlihatkan sebelumnya, ini menghasilkan modulasi frekuensi ekivalen.

Pada titik ini gelombang mempunyai deviasi frekuensi yang sangat kecil, dan ini harus ditingkatkan sebelum transmisi. Ini dicapai dengan melewatkan sinyal FM melalui serangkaian penguat-penguat pengali frekuensi hingga deviasinya menjadi cukup besar. Sinyal kemudian dikonversi-ke atas atau -ke bawah sampai pada frekuensi pancaran terakhir dan digunakan untuk mendorong sebuah penguat daya kelas C.

Contoh 10.7 Sebuah pemancar Armstrong akan digunakan untuk transmisi pada 15k MHz dalam jalur VHF, dengan deviasi maksimum sebesar 15 kHz pada frekuensi audio minimum dari 100 Hz. Osilator primer adalah sebuah osilator kristal 100 kHz, dan untuk mencegah cacat audio, deviasi modulasi-fasa permulaan dibuat lebih kecil dari 12°. Hitunglah besarnya faktor perkalian frekuensi yang harus disediakan untuk mendapatkan deviasi yang seharusnya dan tentukanlah suatu gabungan dari doublers (pengganda) dan triplers (pengali tiga) yang dapat memberikan ini. Tentukanlah juga kristal penyampur dan masing-masing tingkat-tingkat pengali yang diperlukan.

Penyelesaian Deviasi fasa maksimum dari modulator adalah

Bentuk-gelombang yang dimodulasi akan lewat melalui rentetan yang terdiri dari enam tingkat tripler, yang memberikan deviasi akhir sebesar

0,02094 x 729 = 15,265 kHz

pada frekuensi dari 0,1 x 729 = 72,9 MHz. Deviasinya adalah agak tinggi,

62

tetapi sedikit atenuasi pada sinyal audio akan mengimbangi hal ini. Sinyal osilator penyampur adalah

fo = 152 - 72,9 = 79,1 MHz

Cara mernperoleh fs yang terbaik ialah dengan menggunakan dua tingkat tripler dari sebuah osilator kristal 8,7889 MHz.

10.5.5 Preemphasis

Preemphasis sinyal modulasi adalah perlu untuk mengimbangi deemphasis yang dimasukkan ke dalam penerima untuk memperbaiki perbandingan S/N (lihat Bagian-bagian 10.7 dan 10.6.9). Sebuah jaringan preemphasis sederhana ditunjukkan dalam Gambar 10.11 bersama dengan modulus dari fungsi transfer. Di dalam daerah preemphasis, w 1 < w < (02,

di mana J 1 = (1/21rCR1) dan f1 distandardisasikan pada 2,1 kHz. Frekuensi (f2) di mana preemphasis jadi merata dipilih di atas bandpass. Perlu dicatat bahwa modulasi fasa itu sendiri memberikan karakteristik preemphasis yang diperlukan jika integrator diubah sehingga tidak efektif di atas frekuensi cutoff preemphasis 2,1 kHz.

5.6 Siaran FM

Persyaratan utama untuk siaran FM ialah "fidelity" yang sangat baik, karena bahan siaran utama adalah musik. Modulasi frekuensi dalam beberapa cara berfungsi untuk memperbaiki fidelity ini. Pertama, karena siaran FM terjadi pada jalur VHF dari 88 sampai 108 MHz, dapat digunakan jalur dasar (baseband) yang jauh lebih lebar. Lebar jalur dasar utama yang sekarang banyak digunakan ialah 50 Hz sampai 15 kHz, dengan deviasi maksimum yang diizinkan sebesar ± 75 kHz. Jarak antar saluran adalah 200 kHz dan keluaran-keluaran daya yang dipakai dapat mencapai hingga 100 kW.

63

Gambar 10.11. Sebuah jaringan preemphasis dan fungsi transfernya

Hingga belum lama berselang, siaran-siaran FM mono saluran-tunggal adalah umum, tetapi sekarang hampir semua stasiun-stasiun FM memancarkan programa stereo duasaluran. Dalam waktu dekat ini mungkin diubah lagi lebih lanjut untuk memberikan stereo empat-saluran. Selanjutnya, beberapa stasiun FM masih "memultipleks-pembagian-frekuensi" suatu saluran tambahan pada pembawanya untuk keperluan memberikan musik latar-belakang (background music) pada gedung-gedung yang sifatnya untuk umum; sistem ini diberi lisensi sebagai suatu "otorita komunikasi bantuan" ("subsidiary communications authorization" = SCA).

Pemancar yang digunakan adalah khas dari jenis Armstrong yang telah dibicarakan dalam Bagian 10.5.4. Deviasi-deviasi permulaan dibuat kecil untuk membatasi distorsi modulasi, dan banyak digunakan tingkat-tingkat perkalian frekuensi untuk membawa deviasi ke tingkat yang diperlukan pada keluaran. Sekali lagi, untuk menyediakan keluaran daya yang diperlukan, tingkat akhir adalah sebuah penguat kelas C paralel push-pull. Pada tingkat ini digunakan tabung-tabung vakum yang didinginkan dengan air.

Perbedaan utama antara sistem-sistem FM yang telah dibicarakan dan sistem siaran terletak pada komposisi dari sinyal audio yang disajikan ke modulator. Ini adalah suatu sinyal terpadu yang membawakan beberapa sinyal, dan semua ini akan kita bicarakan sekarang.

Pertama-tama, jika akan digunakan transmisi FM mono, hanya satu saluran saja yang diperlukan, dan saluran audio tunggal itu langsung dikenakan ke masukan modulator. Harus diadakan kompensasi penuh untuk memberikan fidelity yang baik dalam jalur dari 50 hingga 15,000 Hz.

Stereo dua-saluran diperoleh sebagai berikut. Kedua saluran audio tidak hanya dimultipleks-pembagian-frekuensi sebelum modulasi. Mula-mula keduanya dicampur untuk memberikan dua buah sinyal baru, yang satu di antaranya adalah suatu sinyal mono yang balans (seimbang). Yang pertama adalah jumlah dari dua saluran-saluran masukan, dan yang kedua adalah selisihnya. Saluran jumlah langsung dimodulasikan pada bagian jalur dasar (baseband) antara 50 dan 15.000 Hz. Sinyal selisih dimodulasiDSBSC pada kedudukan (slot) 23-53 kHz di sekitar suatu pembawa pada 38 kHz. Sebuah pembawa pemandu (pilot carrier) pada 19 kHz juga dipancarkan. Sinyal jumlah dari bagian audio dari jalur dapat didemodulasi oleh sebuah penerima FM mono untuk memberikan penerimaan mono biasa. Sebuah penerima dengan demodulator stereo juga dapat mengambil kembali sinyal selisih, dan menggabungkan keduanya untuk menghasilkan sinyal-sinyal saluran L dan R asli (L = left, kiri; R = right, kanan). Gambar 10.12(a) menunjukkan diagram blok dari

64

rangkaian-rangkaian penyampur pramodulasi.Saluran-saluran L dan R dijumlahkan dan diteruskan lewat filter 15 kHz low-pass

untuk membentuk bagian mono dari sinyal jalur dasar. Saluran R dibalikkan (inverted) dan kemudian ditambahkan ke sinyal L untuk mendapatkan sinyal selisih L-R. Sinyal ini dimodulasi DSBSC pada pembawa 38 kHz oleh sebuah modulator balans, dan diteruskan lewat sebuah filter bandpass 23-53 kHz untuk menghilangkan setiap komponensinyal yang tidak diinginkan. Kedua jalur saluran dan pembawa pemandu 19-kHz ditambahkan bersama untuk menghasilkan sinyal jalur dasar akhir, Gambar 10.22(b). Sinyal terpadu (composite) akhir ini diserahkan ke masukan modulator dari pemancar FM.

GAMBAR 10.12. Sebuah pemancar siaran stereo FM: (a) skema blok; (b) spektrum jaiur-dasar yang menunjukkan kedudukan dati saluran 7,5 kHz tambahan.

Sebuah saluran tambahan sering dimodulasikan pada pembawa yang sama untuk pelayanan ke usaha-usaha komersil, seperti misalnya musik untuk gudang-gudang dan bangunan-bangunan umum. Saluran ini dibatasi pada lebar jalur sinyal sebesar 7,5 kHz dan dimultipleks agar terletak pada daerah dari 53 sampai 75 kHz dengan pembawa pemandu pada 67 kHz. Frekuensi-frekuensi jalur-sisi ditunjukkan dalam Gambar 10.12(b). Saluran tambahan tidak sedikitpun mengganggu siaran biasa.

6. DETEKTOR MODULAR FREKUENSI

6.1 Deteksi Dasar dari Sinyal-Sinyal FM

Untuk dapat mendeteksi suatu sinyal FM, diperlukan suatu rangkaian yang 65

tegangan keluarannya berubah secara linear sesuai dengan frekuensi dari sinyal masukan. Detektor kecuraman (slope detector) adalah suatu rangkaian dasar dari rangkaian semacam itu, meskipun linearitas responsnya tidak baik. Gambar 10.13(a) menunjukkan susunan dasamya. Dengan menala rangkaian untuk menerima sinyal pada kecuraman (lereng) dari lengkung respons, Gambar 10.13(b), besarnya pembawa V dibuat berubahubah dengan frekuensi. Dalam hal ini rangkaian ditala sedemikian sehingga frekuensi resonansinya fo adalah lebih reridah daripada frekuensi pembawa f . Bila frekuensl sinyal meningkat ke atas f1, dengan modulasi amplitudo tegangan pembawa akan jatuh. Bila frekuensi sinyal menurun ke bawah f , tegangan pembawa akan meningkat. Perubahan tegangan terjadi karena perubahan dalam besarnya impedansi pada rangkaian tala sebagai fungsi dari frekuensi, dan ini menghasilkan konversi yang efektif dari modulasi frekuensi menjadi modulasi amplitudo. Modulasi didapatkan kembali dari modulasi amplitudo dengan menggunakan sebuah detektor selubung biasa. Tetapi, daerah linear pada karakteristik transfer tegangan/frekuensi adalah agak terbatas.

GAMBAR 10.13. (a) Detektor kecuraman FM; (b) grafik dari besarnya tegangan versus frekuensi; (c) detektor kecuraman tala-ganda balans (atau detektor Round-Travis); (d) grafik dari tegangan keluaran versus frekuensi, yang menunjukkan lengkung fungsi transfer yang berbentuk-S.

66

Linearitas dapat diperbaiki dengan menggunakan susunan dari Gambar 10.13(c), yang rangkaiannya dikenal sebagai detektor Round-Travis, atau detektor kecuraman balans (balanced slope detector). Rangkaian ini menggabungkan dua rangkaian dari jenis yang ditunjukkan dalam Gambar 10.13(a) dalam suatu konfigurasi yang seimbang (balans). Satu detektor kecuraman ditala pada fol di atas frekuensi pembawa yang masuk, sedangkan yang lain f02 di bawah frekuensi pembawa, dan detektor-detektor selubung menggabungkannya untuk memberikan suatu keluaran diferensial. Ini berarti bahwa dengan menunjukkan respons V1 sebagai positif, respons V2 dapat ditunjukkan negatif pada sumbu-sumbu yang sama; keluarannya yang adalah Vo = I V1 I + I V2 I, akan berbentuk huruf S bila dipetakan terhadap frekuensi, seperti terlihat dalam Gambar 10.13(d). Lengkung-S (S-curve) ini adalah karakteristik dari detektor-detektor FM. Bila sinyal yang masuk adalah tanpa modulasi, keluaran akan balans menjadi nol; bila pembawa menyimpang ke arah fol,

IV, I bertambah sementara I V21 berkurang, dan keluaran menjadi positif; sebaliknya, bila pembawa menyimpang ke arah f02, I V1' berkurang sedangkan I V21 bertambah, sehingga keluaran menjadi negatif.

6.2 Diskriminator Foster-Seeley

Diskriminator Foster-Seeley mendapatkan kembali tegangan modulasi dari modulasi frekuensi dengan menggunakan pergeseran sudut-fasa antara tegangan-tegangan primer dan sekunder dari suatu tiaiistorinafor-yang ditala. Sudut fasa in Fada1ah fungsi dari frekuensi, dan dengan mengaturnya sehingga komponen-komponen jumlah-phasor dan selisih-phasor dari tegangan-tegangan primer dan sekunder dimasukkan ke dua buah detektor selubung yang keluarannya kemudian digabungkan, demodulasi sudah diperoleh. Karena tergantung pada variasi sudut fasa, rangkaian ini juga dikenal sebagai suatu diskriminator fasa, tetapi jangan dikira bahwa rangkaian ini mendeteksi modulasi fasa secara langsung; rangkaian itu mengubah suatu variasi frekuensi yang sebenarnya atau yang ekivalen menjadi suatu variasi sudut-fasa rangkaian, yang pada gilirannya diubah pula menjadi suatu variasi amplitudo.

Rangkaian dasarnya ditunjukkan dalam Gambar 10.14(a). Kapasitor C, mempunyai reaktansi yang dapat diabaikan pada frekuensi pembawa; karena itu, hampir seluruh tegangan primer akan terpasang pada kumparan frekuensi radio (radio-frequency choke - RFC), yang mempunyai reaktansi tinggi pada frekuensi pembawa. Tegangan primer dihubungkan dari RFC ke sadapan tengah (center tap) dari sekunder transformator, yang mengakibatkan bahwa tegangan frekuensi-radio yang terpasang pada dioda D1 adalah V1 + z V2, dan pada dioda D2, V1 - 1 V2. Hubungan fasa antara V1 dan V2 dapat diperoleh sebagai berikut. EMF yang diimbas pada sekunder transformator E2 mempunyai hubungan dengan tegangan primer menurut persamaan

67

dan untuk frekuensi-frekuensi yang sangat dekat ke resonansi, E2 praktis tidak meng-alami pergeseran fasa. EMF sekunder ini dikenakan pada rangkaian resonansi seri yang dibentuk oleh R2, L2, dan C2, yang impedansinya adalah

GAMBAR 10.14. (a) Diskriminator Foster-Seeley; (b) jumlah-jumlah phasor V, ± /V, pada resonansi (f = f,); (c) jumlah-jumlah phasor V, ±'/~V2 untuk f > fo; (d) jumlah-jumlah phasor V, ± %VZ untuk f < fo; (e) tegangan keluaran versus

68

deviasi frekuensi.

Misalkan bahwa deviasi frekuensi dari pembawa adalah Sw, sehingga pada setiap saat, = o +

setelah mengsubstitusikan dari Persamaan-persamaan (1.125), (1.65), dan (10.69), dan mengingat bahwa di dekat resonansi, y2 Q2 < 1 sehingga besarnya arus terutama ditentukan oleh resistansi sekunder. Arus pada resonansi tidak mengalami pergeseran fasa dari V1, tetapi pergeseran fasa 12 bervariasi langsung di sekitar nol sesuai dengan deviasi frekuensi pembawa. Tegangan V2 adalah jatuh-tegangan pada kapasitas C2 yang disebabkan oleh arus 12, yang setelah substitusi menjadi

dan di mana sudut deviasi adalah kurang dari kira-kira 0,5 radian dan Q diperoleh dari Persamaan (1.62). Ini menunjukkan bahwa tegangan sekunder V2 telah tergeser dari tegangan primer V1 dengan - 90°, dan mempunyai suatu pergeseran fasa lagi yang berbanding lurus terhadap deviasi frekuensi.

Jumlah phasor dari V1 ± 1 V2 kemudian adalah seperti terlihat dalam Gambar 10.14(b), (c), dan (d) untuk tiga keadaan frekuensi pembawa yang berbeda. Detektor selubung D1 akan menghasilkan tegangan keluaran yang sebanding dengan I

VD1 I , sedangkan detektor selubung D2, suatu tegangan keluaran yang sebanding dengan I

69

VD21. (Untuk penjelasan tentang cara kerja detektor selubung, lihatlah Bagian 8.2.7). Tegangan keluaran terlihat adalah

di mana K adalah konstanta dari rangkaian-rangkaian detektor.

Sebagai ringkasan, dengan meningkatnya frekuensi, pergeseran fasa menjadi makin negatif dan I VD21 bertambah sementara I VD 11 berkurang; karena itu Vo menjadi makin positif. Bila frekuensi berkurang, pergeseran fasa menjadi lebih positif dan I VD2 I ber kurang sedangkan I VD 1 I bertambah; karena itu Vo menjadi

GAMBAR 10.15. Unit penerima FM yang menggunakan penguat-penguat IC dan sebuah diskrin-dnator Foster-Seeley. (Seizin Motorola, Inc.).

makin negatif. Lengkung dari tegangan keluaran Vo versus deviasi frekuensi Of diberikan sketsanya dalam Gambar 10.14(e). Lengkung-S ini adalah karakteristik dari diskriminator; lengkungan pads ujung-ujungnya ditimbulkan oleh karena sangat mengecilnya tegangan sekunder pads frekuensi-frekuensi yang jauh dari resonansi. Perubahan-perubahan amplitude diperkecil hingga tingkat yang dapat diabaikan dengan membatasi-besar (amplitude-limiting) sinyal sebelum dimasukkan ke diskriminator. Dalam praktek didapatkan banyak sekali ragam dari rangkaian ini, dan Gambar 10.15 menunjukkan salah satu yang menggunakan IC. Dalam penerapan ini,

70

blok penguat MFC6010 memberikan perolehan (gain) sedangkan blok penguat MC1355 menyediakan pembatasan-perolehan (gain limiting). Terlihat bahwa tegangan primer digandengkan ke sekunder dengan bantuan sebuah gulungan ketiga (yang dikenal sebagai gulungan terrier) yang digandengkan dengan kuat sekali ke primer. Lagi pula, titik pentanahan telah dipindahkan sehingga keluaran dapat diambil terhadap tanah, sehingga susunan ini adalah jauh lebih praktis.10.6.3 Detektor Perbandingan (ratio detector)

Suatu perubahan yang sangat sederhana dapat dilakukan pads diskniminator FosterSeeley untuk memperbaiki fungsi pembatasan-besar; tetapi besarnya keluaran terpaksa sedikit dikorbankan. Caranya ialah dengan membalikkan salah satu dioda sehingga susunan ini adalah jauh lebih praktis.

71